Dựa trên mô phỏng hệ thống IM trong hai trường hợp,
bài báo hướng đến xác định vùng tham số ổn định của hệ
thống. Đây là sơ sở để hệ thống hoạt động ổn định trong
thời gian làm việc dài hạn. Vì vậy, yêu cầu đặt ra để tránh
hiện tượng hỗn loạn xảy ra với hệ truyền động IM là tìm ra
phương pháp điều khiển đơn giản, linh hoạt nhanh chóng
5 trang |
Chia sẻ: huongthu9 | Lượt xem: 509 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đặc điểm hỗn loạn của các hệ truyền động điện qua ví dụ truyền động không đồng bộ xoay chiều ba pha, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
54 Đỗ Hoàng Ngân Mi, Lê Tiến Dũng, Nguyễn Phùng Quang
ĐẶC ĐIỂM HỖN LOẠN CỦA CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN QUA VÍ DỤ
TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA
CHAOTIC CHARATERISTICS OF ELECTRIC DRIVE SYSTEMS EVALUATED
BY ASYCHRONOUS THREE PHASE AC MOTORS
Đỗ Hoàng Ngân Mi1, Lê Tiến Dũng2, Nguyễn Phùng Quang3
1Trường Đại học Đông Á; midhn@donga.edu.vn
2Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; ltdung@dut.udn.vn
3Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; quang.nguyenphung@hust.edu.vn
Tóm tắt - Bài báo trình bày tổng quan về hỗn loạn - trạng thái tồn
tại trong các hệ phi tuyến, thường được gọi bằng thuật ngữ ‘chaos’.
Hệ thống chaos vẫn tuân theo các định luật, nhưng khó đoán trước
do tính nhạy cảm với các điều kiện ban đầu. Nghiên cứu dẫn dắt
tìm hiểu về hành vi hỗn loạn đã được các nhà khoa học khám phá
trong các hệ truyền động điện. Từ đó đưa ra một ví dụ cụ thể về
đối tượng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc để tiến hành phân
tích và mô phỏng, phát hiện ra hiện tượng hỗn loạn trong đối tượng
thông qua đáp ứng thời gian, biểu đồ pha và số mũ Lyapunov. Từ
đó rút ra nhận định tham số đối tượng IM thay đổi (có thể là điện
trở; điện cảm; điện cảm tản hai phía rotor, stator; hỗ cảm; ) làm
ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển và có thể khiến hệ thống rơi
vào vùng làm việc hỗn loạn.
Abstract - The study introduces an overview of chaos in
nonlinear systems. Chaos is governed by deterministic laws but
is so unpredictable because its sensitivity depends on initial
conditions. Chaotic behaviors in electric drive systems have been
explored by scientists. The investigation into chaos in electric
drive systems can be categorized as three themes, namely the
analysis of chaotic phenomena, the control of chaotic behaviors,
and the application of chaotic characteristics. Then the analysis
and simulation of a squirrel cage induction motor detects chaos
through time plot, phase diagram and Lyapunov exponents.
Therefore, the sensitivity to parameter variations of induction
motors (resistance; inductance; stator and rotor leakage
reactance; mutual inductance) affects the quality of controller and
can be the cause of the chaotic system.
Từ khóa - động cơ không đồng bộ; lý thuyết hỗn loạn; phân nhánh;
mũ Lyapunov; tập hút; biểu đồ pha; ma trận Jacobian.
Key words - IM; Chaos theory; bifurcation; Lyapunov exponents;
strange attractors; phase trajectory; Jacobian matrix.
1. Giới thiệu về hỗn loạn
Như đã biết, nếu nghiệm của hệ động lực bị giam hãm
trong một miền giới hạn trong không gian trạng thái sẽ là
một trong hai trạng thái: một là trạng thái ổn định do mất
năng lượng hay tiêu tán bởi ma sát, hai là trạng thái dao
động tuần hoàn. Tuy nhiên, trong thực tế còn tồn tại trạng
thái phức tạp, không phải hai dạng trên. Đó là vào năm
1873 [1], James Clerk Maxwell khi nghiên cứu về chuyển
động của các phân tử khí đã cho rằng những thay đổi rất
nhỏ trong vị trí ban đầu của các hạt (phân tử, nguyên tử,
electron...) sẽ dẫn đến những thay đổi rất lớn trong quỹ đạo
chuyển động của hạt. Đến năm 1890, Henri Poincare’
nghiên cứu bài toán ba vật thể đã nhận ra hành vi nhạy cảm
với điều kiện ban đầu. Năm 1972, nhà khí tượng học
Edward Norton Lorenz đã giới thiệu trước Hiệp hội Phát
triển Khoa học Hoa Kỳ hiện tượng nhạy cảm với điều kiện
ban đầu với cái tên “hiệu ứng cánh bướm”. Cho đến năm
1975, Tien Yien Li và James A.Yorke đã đưa ra thuật ngữ
Chaos (hỗn loạn) trong bài báo “Trạng thái thứ ba”. Và
phải đến những thập niên cuối thế kỷ 20, lý thuyết hỗn loạn
mới bắt đầu được đưa vào tìm hiểu trong các hệ thống
truyền động.
Trong bài báo này, các tác giả tổng hợp và trình bày
ngắn gọn, dễ hiểu từ những khái niệm cơ bản nhất về
hỗn loạn, đến các tính chất của hiện tượng hỗn loạn
trong hệ thống truyền động điện - một lĩnh vực nghiên
cứu còn mới mẻ với các nhà nghiên cứu trong nước. Bên
cạnh đó, dựa trên việc tổng hợp các nghiên cứu trên thế
giới trong gần ba thập kỷ gần đây về hiện tượng hỗn
loạn, bài báo phân tích các phương pháp điều khiển hỗn
loạn trong các hệ truyền động điện, làm rõ một phần đặc
điểm hỗn loạn của đối tượng IM. Sau đó, qua ví dụ minh
họa cụ thể, bài báo sẽ trình bày mô phỏng dựa trên ý
tưởng của bài báo [18] nhưng có bổ sung đáp ứng thời
gian và số mũ Lyapunov để làm rõ vùng làm hỗn loạn
của tham số 𝑇𝐿 và điều chỉnh tham số thích hợp để hệ
thống trở về trạng thái ổn định.
2. Tổng quan về hỗn loạn trong các hệ truyền động điện
Theo từ điển Oxford do John Simpson và Michael
Proffitt biên tập, hỗn loạn là “hành vi của hệ thống tuân
theo các định luật xác định nhưng khó đoán trước như
nhiễu, đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ của các tham
số hoặc phụ thuộc vào các biến độc lập”. Như vậy, hỗn
loạn có tính chất [2]:
- Chỉ xảy ra trong các hệ thống phi tuyến.
- Nhạy cảm với điều kiện ban đầu.
- Không tuần hoàn nhưng tuân theo quy luật xác định
và có tập hút lạ như Hình 1b.
a) b)
Hình 1. Biểu đồ pha của a) Hệ điều hòa; b) Hệ hỗn loạn Lorenz
với các giá trị r = 28, 𝜎 = 10, 𝑏 =
8
3
[2]
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 1 55
Nhìn chung, hỗn loạn có vẻ giống nhiễu vì không có
trật tự và trông giống ngẫu nhiên nhưng lại là một hiện
tượng hoàn toàn xác định, điều này được chứng minh qua
hằng số Feigenbaum - tỉ lệ giữa các điểm phân nhánh và
khả năng xác định đầu ra chính xác nếu biết được các điều
kiện ban đầu. Chính vì vậy, nhận định ra trạng thái hỗn loạn
tránh nhầm lẫn với nhiễu thực sự quan trọng, giúp cho việc
điều khiển đối tượng có thể tốt hơn trong thời gian làm việc
dài hạn.
Dựa trên các nghiên cứu trước đây, trong gần ba thập
kỷ về hỗn loạn trong hệ truyền động, bài báo tổng hợp ba
nhóm các phương pháp điều khiển khác nhau cho các đối
tượng cụ thể đã được đề xuất để ổn định hành vi hỗn loạn:
2.1. Nhóm phương pháp điều khiển thời gian liên tục:
• Phương pháp không phản hồi: thay đổi hành vi của hệ
thống phi tuyến bằng phương pháp áp đặt đầu vào hoặc
kích thích bên ngoài, ổn định trạng thái cân bằng hoặc quỹ
đạo mong muốn: rung lắc cơ khí (Blekhman, 2000) [3],
• Phương pháp Ott-Grebogi-Yorke (OGY) [4]: sử dụng
mô hình hệ thống rời rạc dựa trên sự tuyến tính của sơ đồ
Poincare´ S = {x: s(x)=0} để thiết kế bộ điều khiển. Phương
pháp áp dụng cho các trường hợp thực nghiệm các đối
tượng không có sẵn hệ động lực học, đánh giá thời gian tác
động lên đối tượng đang làm việc và ảnh hưởng tiếng ồn
trong khoảng trễ T hình thành tọa độ vector X(t) = [z(t),
z(t-T), z (t - 2T),, z (t - kT)];
• Phương pháp điều khiển tuyến tính và phi tuyến: sử
dụng bộ lọc washout cho PMSM [5]; phương pháp OPCL
của Jackson và Grosu [6] kiểm soát hỗn loạn đối tượng có
dạng: �̇�(𝑡) = 𝑓(𝑥(𝑡)) + 𝐵(𝑢) với dimx=dimu kết hợp với
“phản hồi Hubler”: 𝑢(𝑡) = 𝐁−1[𝑥∗̇(𝑡) − 𝑓(𝑥∗(𝑡)) −
𝐊(𝑥 − 𝑥∗(𝑡))];
• Phương pháp không phản hồi: Rajasekar, Murali và
Lakshmanan [7] ngăn chặn chuyển động hỗn loạn một cách
đơn giản bằng cách chuyển đổi hệ thống động lực vào một
quỹ đạo định kỳ;
• Phương pháp trì hoãn phản hồi: Cho đối tượng
PMSM [8];
2.2. Nhóm phương pháp thời gian gián đoạn: với tinh
thần trích mẫu và phản hồi, phân tích tính ổn định
trong trường hợp hệ thống hỗn loạn: áp dụng cho đối
tượng PMSM [9], ...
2.3. Nhóm các phương pháp khác
• Phương pháp nơ ron thích nghi: cho PMSM [10];
• Phương pháp mờ trượt: cho máy phát đồng bộ [11];
• Phương pháp điều khiển mờ thích nghi: cho PMSM
[12];
• Phương pháp thích nghi: cho đối tượng PMSM [13];
Một trong những phương pháp trên đã ổn định hành vi
hỗn loạn trong hệ truyền động AC và DC cho những đối
tượng khác nhau. Riêng hệ truyền động AC, đối tượng hệ
truyền động PMSM, được nghiên cứu sâu các phương pháp
trượt thích nghi , phương pháp điều khiển phi tuyến cuốn
chiếu, phương pháp điều khiển phản hồi phi tuyến, phương
pháp gán số mũ Lyapunov, để ổn định hiện tượng hỗn
loạn. Trong khi đó các nghiên cứu về hỗn loạn trong hệ
truyền động sử dụng động cơ IM còn bỏ trống nhiều vấn
đề chưa được giải quyết triệt để.
Để làm rõ một vài đặc điểm hỗn loạn đối tượng nghiên
cứu của bài báo, trước tiên cần phân tích qua các nghiên
cứu đi trước:
- Nghiên cứu của Romeu Reginatto, Francisco Salas,
Francisco Gordillo và Javier Aracil [14] chỉ ra phân nhánh
trong điều khiển FOC đối tượng IM qua hệ phương trình:
{
�̇�1 = −𝑐1𝑥1 −
𝑘𝑐1
u2
0 𝑥2𝑥4 + 𝑐2𝑥4
�̇�2 =
𝑘𝑐1
u2
0 𝑥1𝑥4 − 𝑐1𝑥2 + 𝑐2u2
0
�̇�3 = −𝑐4 [𝑐5(𝑥2𝑥4 − 𝑥1u2
0) − 𝑇𝐿 −
𝑐3
𝑐4
𝜔𝑟𝑒𝑓] − 𝑐3𝑥3
�̇�4 = −𝑘𝑝𝑐4 [𝑐5(𝑥2𝑥4 − 𝑥1u2
0) − 𝑇𝐿 −
𝑐3
𝑐4
𝜔𝑟𝑒𝑓 ] + (ki − kp𝑐3)𝑥3
(1)
Điểm cân bằng được xác định bởi phương trình :
𝑘𝑟3 − 𝑟∗𝑘2𝑟2 + 𝑘𝑟 − 𝑟∗ = 0 (2)
Hình 2. Phân nhánh trong mặt phẳng (k, 𝑟∗)[14]
Phân vùng phân nhánh gây ra bởi hằng số thời gian
rotor (Hình 2), nhìn nhận ảnh hưởng của sự thay đổi tham
số này lên hệ truyền động. Trong đó: BT: phân nhánh
Bogdanov-Takens, HB: phân nhánh Hopf, SN: phân nhánh
yên ngựa, C: phân nhánh cusp, HC: kết nối Homocilic. Có
thể nói đối tượng IM có tất cả các dạng phân nhánh cơ bản.
- Nghiên cứu của Francisco Gordillo và các đồng
nghiệp [15] với hệ động lực:
ẋ = f(x, 𝜇) (3)
Với x ∈ ℝn và μ ∈ ℝ có điểm cân bằng tại x0, với
μ = μ0 thì f(x
0, 𝜇0) = 0.
Gọi 𝐀(𝜇) = 𝐃xf(x
0(𝜇), 𝜇) là ma tận Jacobian của hệ
thống tại điểm cân bằng có nghiệm λ(𝜇0) = ±j𝜔 tại điểm
(x0, μ0) xuất hiện đường tròn giới hạn. Trong trường hợp
không tải, TL = 0 hệ chỉ có một điểm cân bằng x
0 =
(x1
0, x2
0, x3
0, x4
0) = (
𝑐2
𝑐1
u2
0, 0,0,0).
Trường hợp có tải TL ≠ 0 hệ sẽ có 3 điểm cân bằng và
xây dựng ma trận Jacobian phức tạp. Để dễ mô phỏng bài
báo chọn tham số cho 4 trường hợp:
Trường
hợp
𝐤𝐩 𝐓𝐋 k Hành vi
A 0,1 0 1,65 Ổn định
B 0,1 0 1,8 Đường tròn giới hạn
C 0,15 0,2 3,7 Ổn định
D 0,15 0,2 3,9 Đường tròn giới hạn
Với 𝑐1 = 4, 𝑐2 = 4, 𝑐4 = 1, 𝑐5 = 1 và u2
0 = 1 và các
nghiên cứu cũng đã chứng minh nếu k<3 hệ chỉ có một
điểm cân bằng và đảm bảo các điều kiện để hệ ổn định,
ngoài điều kiện đó hệ sẽ mất ổn định, xuất hiện đường
56 Đỗ Hoàng Ngân Mi, Lê Tiến Dũng, Nguyễn Phùng Quang
tròn giới hạn do xuất hiện phân nhánh Hopf. Kết quả mô
phỏng Hình 3 [15]:
Hình 3. Kết quả mô phỏng trong trường hợp A, B, C, D [15]
Bằng cách điều chỉnh tốc độ thông qua khâu PI vòng
ngoài dập tắt các dao động tự duy trì xuất hiện trong IM.
- Nghiên cứu Yongyao Lu, Hongmei Li, Wensheng Li
[16] đã chạy mô phỏng với hệ tương tự (1), trong hai trường
hợp nhận được kết quả (Hình 7) biểu diễn một đường tròn
giới hạn mà quỹ đạo hệ thống phân tán khi 𝑡 → ∞ không hội
tụ về lân cận đường tròn thể hiện chất lượng của hệ thống
phi tuyến phụ thuộc vào điều kiện ban đầu.
Hình 4. Đáp ứng thời gian của 𝑥3 theo thời gian với
tham số 𝑘𝑝 = 0,001; 𝑘𝑖 = 0,5; 𝑘 = 1,2 [16]
Hình 5. Điểm cân bằng ổn định của mặt phẳng pha giữa
𝑥3𝑣à 𝑥4 với 𝑘 = 1,2 [16]
Hình 6. Đáp ứng thời gian của 𝑥3 theo thời gian với tham số
𝑘𝑝 = 0,001; 𝑘𝑖 = 0,5; 𝑘 = 1,5 [16]
Hình 7. Đường tròn giới hạn của mặt phẳng pha giữa 𝑥3𝑣à 𝑥4
với 𝑘 = 1,5 [16].
Nghiên cứu đề xuất phương pháp phản hồi trễ thời gian
để kiểm soát phân nhánh Hopf với bộ điều khiển:
x4
′ = k(x4(t − 𝜏) − x4(t)) giúp ngăn chặn hiệu quả sự
xuất hiện của dao động tự duy trì do hiện tượng hỗn loạn
gây ra.
3. Ví dụ minh họa: Truyền động điện không đồng bộ
xoay chiều ba pha
Tham số của IM có thể thay đổi do tác động của nhiệt
độ, tuổi thọ, lỗi ước tính và các nguyên nhân môi trường
khác, ... Các tham số này (điện trở; điện cảm; điện cảm tản
hai phía rotor, stator; hỗ cảm) thay đổi ảnh hưởng đến các
chất lượng điều khiển FOC và đến vùng tham số nhất định
có thể dẫn đến hiện tượng hỗn loạn. Để có cái nhìn tổng
quan về hỗn loạn trong IM bài báo thực hiện mô phỏng mô
hình IM [17] [18]:
{
�̇�𝑟𝑞 = −
𝑅𝑟
𝐿𝑟
𝜙𝑟𝑞 − 𝜔𝑠𝑙𝜙𝑟𝑑 +
𝐿𝑚
𝐿𝑟
𝑅𝑟𝑖𝑠𝑞
�̇�𝑟𝑑 = −
𝑅𝑟
𝐿𝑟
𝜙𝑟𝑑 + 𝜔𝑠𝑙𝜙𝑟𝑞 +
𝐿𝑚
𝐿𝑟
𝑅𝑟𝑖𝑠𝑑
�̇�𝑟 = −
𝑅𝜔
𝐽
𝜔𝑟 +
1
𝐽
[
3
2
𝐿𝑚
𝐿𝑟
𝑛𝑝(𝑖𝑠𝑞𝜙𝑟𝑑 − 𝑖𝑠𝑑𝜙𝑟𝑞) − 𝑇𝐿 ]
(4)
Đặt 𝑐1 =
𝑅𝑟
𝐿𝑟
, 𝑐2 =
𝐿𝑚
𝐿𝑟
𝑅𝑟 , 𝑐3 =
𝑅𝜔
𝐽
, 𝑐4 =
1
𝐽
,
𝑐5 =
3
2
𝐿𝑚
𝐿𝑟
𝑛𝑝, 𝑥1 = 𝜙𝑟𝑞 ,
𝑥2 = 𝜙𝑟𝑑 , 𝜔𝑠𝑙 = 𝜔𝑠 −𝜔, 𝑢1 = 𝜔𝑠𝑙 , 𝑢2 = 𝑖𝑠𝑑 , 𝑥4 = 𝑖𝑠𝑞 .
Thuật toán điều khiển RFOC với vòng lặp PI:
{
𝑢1 = �̂�1
𝑢3
𝑢2
𝑢2 = 𝑢2
0
𝑥4 = 𝐾𝑝(𝜔𝑟𝑒𝑓 −𝜔𝑟) + Ki ∫ (𝜔𝑟𝑒𝑓(ζ) − 𝜔𝑟(ζ))
𝑡
0
dζ
(5)
Với �̂�1 là ước lượng hằng số rotor 𝑐1 , 𝑢2
0 là hằng số đặt
dòng rotor (hằng số thiết kế). Trong thời gian làm việc của
hệ thống, hằng số thời gian thay đổi ảnh hưởng đến chất
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 1 57
lượng điều khiển. Với hệ số hằng số thời gian rotor 𝑘 =
𝑐1̂
𝑐1
,
rõ ràng nhiệm vụ điều khiển là cho k đạt giá trị bằng 1.
Đặt 𝑥3 = 𝜔𝑟𝑒𝑓 − 𝜔𝑟 là chênh lệch giữa tốc độ đặt và
tốc độ cơ, từ (4) và (5) ta có:
{
�̇�1 = −𝑐1𝑥1 −
𝑘𝑐1
𝑢2
0 𝑥2𝑥4 + 𝑐2𝑥4
�̇�2 =
𝑘𝑐1
𝑢2
0 𝑥1𝑥4 − 𝑐1𝑥2 + 𝑐2𝑢2
0
�̇�3 = 𝑐4 [𝑐5(𝑥2𝑥4 − 𝑥1𝑢2
0) − 𝑇𝐿 −
𝑐3
𝑐4
𝜔𝑟𝑒𝑓] − 𝑐3𝑥3
�̇�4 = −𝑘𝑝𝑐4 [𝑐5(𝑥2𝑥4 − 𝑥1𝑢2
0) − 𝑇𝐿 −
𝑐3
𝑐4
𝜔𝑟𝑒𝑓 ] + (𝑘𝑖 − 𝑘𝑝𝑐3)𝑥3
(6)
Để thuận tiện cho việc phân tích đặc tính động lực học
của IM, bài báo chọn tham số theo [18]:
𝑐1 = 13,67; 𝑐2 = 1,56; 𝑐3 = 0,59; 𝑐4 = 1176;
𝑐5 = 2,86; 𝑢2
0 = 4; 𝑘𝑝 = 0,001; 𝑘𝑖 = 1; 𝑘 = 1,5;
𝑇𝐿 = 0,5; 𝜔𝑟𝑒𝑓 = 181,1 và trạng thái ban đầu:
𝑥1 = 0; 𝑥2 = 0,4; 𝑥3 = −200; 𝑥4 = 6.
Suy ra hệ (6) có 3 điểm cân bằng: E1(-0,017; 0,455;
0; 0,304), E2 (-0,022-0,182i; 0,184+0,021i; 0; 0,187-
3,981i) và E3 =(-0,022+0,182i; 0,184-0,021i; 0;
0,187+3,981i). Nhưng chỉ tồn tại điểm cân bằng thực duy
nhất tại E1(-0,017; 0,455; 0; 0,304). Từ đây ta tìm các giá
trị riêng:
|𝜆𝐈 − 𝐉𝐄𝟏| = 𝜆
4 − 29,46033𝜆3 − 1787,89895𝜆2
−52681,22288𝜆 − 427469,94484 (7)
Phương trình (7) có 2 nghiệm thực có giá trị âm:
𝜆1=-18,98038; 𝜆2= -13,77937 và 2 nghiệm phức có phần
thực dương: 𝜆3 = 1,64971-40.39465i;
𝜆4=1,64971+40,39465i và theo tiêu chuẩn Routh-Hurwitz
là hệ không ổn định.
Bài báo chạy mô phỏng 300 giây, kết quả phân tích ở
trên thu được đáp ứng thời gian có những hành vi vô cùng
phức tạp của 𝜙𝑟𝑞 , 𝜙𝑟𝑑, 𝜔𝑠𝑙 , 𝑖𝑠𝑞 . Để dễ quan sát trích mẫu
15 giây, dao động các biến trạng thái này tự duy trì với biên
độ lớn, dao động mạnh:
a) b)
c) d)
Hình 10. Đáp ứng thời gian: a) 𝜙𝑟𝑞 , b) 𝜙𝑟𝑑 , c) 𝜔𝑠𝑙 , d) 𝑖𝑠𝑞
a)
b)
Hình 11. Biểu đồ pha giữa a) 𝜙𝑟𝑞 và 𝜙𝑟𝑑; b)𝜙𝑟𝑞 , 𝜙𝑟𝑑 và 𝜔𝑠𝑙
Hệ thống IM trong vùng tham số trên là hệ hao tán
(∇. 𝑉 < 0), vì vậy từ vị trí bất kỳ đều sẽ bị hút vào “tập hút”
có hình dạng đặc biệt giống cánh bướm (Hình 11) và thể
hiện tính chất hỗn loạn ở đáp ứng thời gian (Hình 10). Tiếp
tục khảo sát số mũ Lyapunov – một tham số định lượng
hỗn loạn (Hình 12), bài báo thu được kết quả số mũ
Lyapunov lớn nhất mang giá trị dương khi TL nằm trong
khoảng (0; 3,2).
Hình 12. Sự biến thiên của số mũ Lyapunov theo tham số TL.
Tiếp tục thực hiện điều chỉnh tham số hệ thống làm việc
trong vùng ổn định 𝐿𝑟 giảm 20 lần và TL > 4N.m thu được
đáp ứng thời gian của các biến trạng thái 𝜙𝑟𝑞 , 𝜙𝑟𝑑, 𝜔𝑠𝑙 , 𝑖𝑠𝑞
nhanh chóng đạt giá trị của điểm cân bằng (Hình 14) và
biểu diễn biểu đồ pha là đường xoắn ốc không có hình dáng
tập hút lạ (Hình 13). Lúc này số mũ Lyapunov thu được
đều mang giá trị âm (Hình 15).
58 Đỗ Hoàng Ngân Mi, Lê Tiến Dũng, Nguyễn Phùng Quang
a) b)
Hình 13. Biểu đồ pha giữa 𝑎) 𝜔𝑠𝑙 𝑣à 𝜙𝑟𝑑; b) 𝜙𝑟𝑞 , 𝜙𝑟𝑑 và 𝜔𝑠𝑙
a) b)
c) d)
Hình 14. Đáp ứng thời gian trong trường hợp 𝐿𝑟 giảm 20 lần và
TL > 4N.m: a) 𝜙𝑟𝑞 , b) 𝜙𝑟𝑑 , c)𝜔𝑠𝑙 , d) 𝑖𝑠𝑞 .
Hình 15. Sự biến thiên của số mũ Lyapunov trong
vùng tham số ổn định
4. Kết luận
Dựa trên mô phỏng hệ thống IM trong hai trường hợp,
bài báo hướng đến xác định vùng tham số ổn định của hệ
thống. Đây là sơ sở để hệ thống hoạt động ổn định trong
thời gian làm việc dài hạn. Vì vậy, yêu cầu đặt ra để tránh
hiện tượng hỗn loạn xảy ra với hệ truyền động IM là tìm ra
phương pháp điều khiển đơn giản, linh hoạt nhanh chóng
điều khiển các tham số làm việc và các biến trạng thái vào
bên trong “vùng làm việc an toàn”, loại bỏ dao động không
mong muốn để có thể nâng cao chất lượng điều khiển trong
thời gian làm việc dài hạn, đây sẽ là cơ sở cho các nghiên
cứu chuyên sâu hơn sau này của tác giả.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] K. T. Chau and Z. Wang, “Chaos in AC Drive Systems”, in Chaos
in Electric Drive Systems, John Wiley & Sons, 2011, pp. 113–143.
[2] N. V. Đạo, T. K. Chi, and N. Dũng, Nhập môn động lực học phi
tuyến và chuyển động hỗn độn, 2005.
[3] I. I. Blekhman, Vibrational mechanics: nonlinear dynamic effects,
general approach, applications. World Scientific, 2000.
[4] A. Alasty and H. Salarieh, “Controlling the chaos using fuzzy
estimation of OGY and Pyragas controllers”, Chaos, Solitons and
Fractals, vol. 26, no. 2, 2005, pp. 379–392.
[5] C.-L. Li, “Chaotic control of permanent magnet synchronous motor based
on washout filter technique”, Acta Phys. Sin., 2009, pp. 8134–8138.
[6] A. Jackson, “An open-plus-closed-loop (OPCL) control of complex
dynamic systems”, Phys. D Nonlinear Phenom., vol. 85, 1995, pp. 1–9, .
[7] S. Rajasekar, K. Murali, and M. Lakshmanan, “Control of chaos by
nonfeedback methods in a simple electronic circuit system and the
FitzHugh-Nagumo equation”, Chaos, Solitons and Fractals, vol. 8,
no. 9, 1997, pp. 1545–1558.
[8] H. P. Ren, D. Liu, and J. Li, “Delay feedback control of chaos in
permanent magnet synchronous motor”, Proc. Csee, vol. 6, no. 33, 2003.
[9] C. L. J. Yu, P. Shi, H. Yu, B. Chen, “Approximation-Based Discrete-
Time Adaptive Position Tracking Control for Interior Permanent Magnet
Synchronous Motors”, IEEE, vol. 45, no. 7, 2015, pp. 1363–1371.
[10] J. Yu, H. Yu, B. Chen, J. Gao, and Y. Qin, “Direct adaptive neural
control of chaos in the permanent magnet synchronous motor”,
Springer., vol. 70, no. 3. 2012.
[11] L. Meiju, P. Zailin, and W. Xiuhua, “Fuzzy sliding mode variable
structure control for chaos oscillation of synchronous generator”,
Electr. Power Autom. Equip., vol. 29, no. 7, 2009, pp. 85–88.
[12] S. P. J. Yu, J. Gao, Y. Ma, H. Yu, “Robust Adaptive Fuzzy Control
of Chaos in the Permanent Magnet Synchronous Motor”, Discret.
Dyn. Nat. Soc., vol. 2010, 2010, p. 13.
[13] D. Q. Wei, X. S. Luo, B. H. Wang, and J. Q. Fang, “Robust adaptive
dynamic surface control of chaos in permanent magnet synchronous
motor”, Phys. Lett. Sect. A Gen. At. Solid State Phys., vol. 363, no.
1–2, 2007, pp. 71–77.
[14] R. Reginatto, F. Salas, F. Gordillo, and J. Aracil, “Zero-Hopf
Bifurcation in Indirect Field Oriented Control of Induction Motors”,
IFAC Proc. Vol., vol. 39, no. 8, 2006, pp. 309–314.
[15] F. Gordillo, F. Salas, R. Ortega, and J. Aracil, “Hopf bifurcation in
indirect field-oriented control of induction motors”, Automatica, vol.
38, no. 5, 2002, pp. 829–835.
[16] Y. Lu, H. Li, and W. Li, “Hopf bifurcation and its control in an
induction motor system with indirect field oriented control”, IEEE
Conf. Ind. Electron. Appl., vol. 5, no. 2, 2009, pp. 3438–3441.
[17] N. P. Quang and J.-A. Dittrich, “Vector Control of Three-Phase AC
Machines - System Development in the Practice”, 2nd ed. Springer, 2015.
[18] W. Perruquetti and J.-P. Barbot, “Chapter 13: Indirect field oriented
control of induction motors: A Hopf bifurcation analysis”, in Chaos
in Automatic Control, CRC Press, 2005, pp. 481–502.
(BBT nhận bài: 18/7/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 08/11/2018)
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- dac_diem_hon_loan_cua_cac_he_truyen_dong_dien_qua_vi_du_truy.pdf