Luận án Các phương pháp điều khiển twin rotor mimo system (trms)

i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tên tôi là Đinh Văn Nghiệp, đang công tác tại Bộ môn Tự động hóa – Khoa 
Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin cam 
đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể 
các nhà khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên cứu là trung 
thực và chưa được công bố trên bất cứ một công trình nào khác. 
 Thái Nguyên, ngày tháng năm 
 Tác giả luận án 
Đinh Văn Nghiệp 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án này, tôi đã 
nhận được sự hướng dẫn, gi p đ qu báu của các thầy cô, các anh chị, các em, các 
bạn và các tổ chức. Với l ng kính trọng và biết n sâu sắc tôi xin được bày t lời 
cảm n chân thành tới: 
 an Giám hiệu, Ph ng Đào tạo, Khoa Điện-Trường Đại học Kỹ thuật Công 
nghiệp-Đại học Thái Nguyên, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ cao về Kỹ 
thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên, Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều 
kiện thuận lợi gi p đ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án. 
 Phó giáo sư-tiến sĩ Nguyễn Như Hiển và Giáo sư-tiến sĩ Nguyễn Doãn 
Phước, những người thầy kính mến đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo 
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi. 
 Thầy giáo Nguyễn Ngọc Kiên, trưởng bộ môn Tự động hóa, người thầy tâm 
huyết luôn quan tâm, chỉ bảo, động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá 
trình học tập và nghiên cứu. 
 Tập thể các nhà khoa học của Bộ môn Tự động hóa và Khoa Điện trường 
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Bộ môn Điều khiển tự động và Viện Điện của 
trường đại học ách khoa Hà Nội, đã có những kiến đóng góp qu báu để tôi 
hoàn chỉnh bản luận án này. 
 Xin chân thành cảm n bố m , anh chị em, người vợ yêu qu và hai con đã 
luôn ở bên cạnh động viên và gi p đ tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án. 
 Thái Nguyên, ngày tháng năm 
 Tác giả luận án 
Đinh Văn Nghiệp 
iii 
MỤC LỤC 
Trang 
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i 
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii 
MỤC LỤC ................................................................................................................. III 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vi 
Các kí hiệu .................................................................................................................. vi 
Các chữ viết tắt ........................................................................................................... ix 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................... xi 
DANH MỤC CÁC ẢNG IỂU ............................................................................ xiv 
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án .......................................................................... 1 
2. Đối tượng, phạm vi và phư ng pháp nghiên cứu ................................................ 1 
3. Mục tiêu của luận án ............................................................................................ 1 
4. Những đóng góp mới, nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ...................... 2 
5. ố cục của luận án ............................................................................................... 3 
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................ 5 
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TWIN ROTOR MIMO 
SYSTEM (TRMS) ...................................................................................................... 5 
1.1. Khái quát chung về Twin Rotor MIMO System (TRMS) ............................... 5 
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về TRMS .................................................. 8 
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước về TRMS .................................................. 17 
1.4. Kết luận .......................................................................................................... 18 
CHƯƠNG 2 .............................................................................................................. 20 
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHO TRMS .......................... 20 
iv 
2.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 20 
2.2. Xây dựng mô hình toán động lực học cho TRMS.......................................... 20 
2.3. Mô ph ng và đánh giá chất lượng của mô hình ............................................. 29 
2.4. Kết luận .......................................................................................................... 32 
CHƯƠNG 3 .............................................................................................................. 33 
THIẾT KẾ Ộ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN ÁM VỊ TRÍ ĐẶT CHO TRMS ....... 33 
3.1. Các bộ điều khiển hiện nay ............................................................................ 33 
3.2. Đề xuất phư ng pháp điều khiển thích nghi hệ phi tuyến RHC với LQR ..... 33 
3.3. Kết quả mô ph ng ứng dụng với TRMS ........................................................ 48 
3.4. Kết luận .......................................................................................................... 58 
CHƯƠNG 4 .............................................................................................................. 59 
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......................................................................................... 59 
4.1. Mục đích ......................................................................................................... 59 
4.2. Cấu tr c điều khiển RHC với LQR cho TRMS trong thực nghiệm. .............. 59 
4.3. Yêu cầu thiết bị, phần mềm thí nghiệm .......................................................... 61 
4.4. Hệ thống thí nghiệm thuật toán điều khiển vị trí ............................................ 68 
4.5. Kết quả thực nghiệm và nhận xét ................................................................... 72 
4.6. Kết luận .......................................................................................................... 78 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 79 
Kết luận.................................................................................................................. 79 
Kiến nghị ............................................................................................................... 79 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG Ố LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ............ 81 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 82 
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 88 
v 
Phụ lục 1. Chư ng trình lập trình .......................................................................... 88 
Phụ lục 2. Cảm biến d ng điện độ nhạy cao ....................................................... 119 
Phụ lục 3. Các bước tiến hành thiết lập và chạy thực nghiệm ............................ 122 
Phụ lục 4. Một số hình ảnh hệ thực nghiệm TRMS sử dụng bộ điều khiển RHC 
với LQR ............................................................................................................... 128 
vi 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 
Các kí hiệu 
K hiệu Mô tả ( nghĩa) 
v Chuyển vị góc trong mặt đứng của TRMS (Pitch angle) 
h Chuyển vị góc trong mặt ngang của TRMS (Yaw angle) 
m Chuyển vị góc của cánh quạt chính 
t Chuyển vị góc của cánh quạt đuôi 
m Vận tốc góc của cánh quạt chính 
t Vận tốc góc của cánh quạt đuôi 
v Vận tốc góc của thanh ngang trong mặt đứng chưa xét ảnh hưởng xen 
kênh 
h Vận tốc góc của thanh ngang trong mặt ngang chưa xét ảnh hưởng xen 
kênh 
m Từ thông của động c chính 
m Từ thông của động c đuôi 
mrB Hệ số ma sát nhớt của động c chính 
trB Hệ số ma sát nhớt của động c đuôi 
vB Hệ số ma sát nhớt của khớp quay trong mặt đứng 
hB Hệ số ma sát nhớt của khớp quay trong mặt ngang 
ame Sức phản điện động phần ứng của động c chính 
ate Sức phản điện động phần ứng của động c đuôi 
memf
e
 Sức phản điện động phần ứng của động c chính 
temf
e
 Sức phản điện động phần ứng của động c đuôi 
ie Véc t đ n vị trong 
3
vF Ma sát trượt khớp quay trong mặt đứng 
hF Ma sát trượt khớp quay trong mặt ngang 
 v mF Lực đẩy do cánh quạt chính tạo ra 
 h tF Lực đẩy do cánh quạt đuôi tạo ra 
g Gia tốc trọng trường 
h chiều dài của chốt quay 
1h chiều dài phần sau của chốt quay 
vii 
H Chiều cao từ mặt đế đến chốt quay 
1J Mô men quán tính của thanh ngang 
2J Mô men quán tính của thanh đối trọng 
3J Mô men quán tính của chốt quay 
4J Mô men quán tính của đuôi chốt quay 
mmJ Mô men quán tính của rotor động c một chiều 
,m propJ Mô men quán tính của cánh quạt chính 
,t propJ Mô men quán tính của cánh quạt đuôi 
mrJ Tổng mô men quán tính của động c chính và cánh quạt chính 
trJ Tổng mô men quán tính của động c đuôi và cánh quạt đuôi 
vJ Tổng mô men quán tính trong mặt đứng 
hJ Tổng mô men quán tính trong mặt ngang 
amk Hằng số sức phản điện động của động c chính 
atk Hằng số sức phản điện động của động c đuôi 
gk Hệ số hiệu ứng Gyroscope 
K 
Động năng 
1K Động năng của thanh ngang 
2K Động năng của thanh đối trọng 
3K Động năng của chốt quay 
4K Động năng của cánh quạt chính 
5K Động năng của cánh quạt đuôi 
2Tl Khoảng cách từ trọng tâm của thanh đối trọng đến chốt quay 
bl Chiều dài của thanh đối trọng 
cbl Khoảng cách từ đối trọng đến chốt quay 
ml Chiều dài phần chính của thanh ngang 
tl Chiều dài phần đuôi của thanh ngang 
cbL Chiều dài của đối trọng 
mL Điện cảm phần ứng của động c chính 
tL Điện cảm phần ứng của động c đuôi 
ami D ng điện phần ứng của động c chính 
ati D ng điện phần ứng của động c đuôi 
m Khối lượng 
viii 
1Tm Tổng khối lượng của thanh ngang 
1Tl Trọng tâm của thanh ngang 
tm Khối lượng phần phía bên cánh quạt đuôi của thanh ngang 
trm Khối lượng động c đuôi 
tsm Khối lượng vành bảo vệ cánh quạt đuôi 
mm Khối lượng phần phía bên cánh quạt chính của thanh ngang 
mrm Khối lượng động c chính 
msm Khối lượng vành bảo vệ cánh quạt chính 
bm Khối lượng của thanh đối trọng 
2Tm Tổng khối lượng của thanh đối trọng 
cbm Khối lượng của đối trọng 
hm khối lượng của chốt quay 
1hm khối lượng phần sau của chốt quay 
vM Tổng hợp mô men trong mặt phẳng đứng (ảnh hưởng tới góc v ) 
hM Tổng hợp mô men trong mặt phẳng bằng (ảnh hưởng tới góc h ) 
mM Tổng hợp mô men tác động lên cánh quạt chính 
tM Tổng hợp mô men tác động lên cánh quạt đuôi 
msr Bán kính vành bảo vệ cánh quạt chính 
tsr Bán kính vành bảo vệ cánh quạt đuôi 
mmr án kính rotor động c chính 
mtr án kính rotor động c đuôi 
cbr Bán kính của đối trọng 
amR Điện trở phần ứng của động c chính 
atR Điện trở phần ứng của động c đuôi 
vS Vận tốc góc của thanh ngang trong mặt đứng có ảnh hưởng xen kênh 
hS Vận tốc góc của thanh ngang trong mặt ngang có ảnh hưởng xen kênh 
mrT Hằng số thời gian của hệ cánh quạt-động c chính 
trT Hằng số thời gian của hệ cánh quạt-động c đuôi 
m Mô men điện từ của động c chính 
t Mô men điện từ của động c đuôi 
amu Điện áp phần ứng động c chính truyền động cánh quạt chính 
atu Điện áp phần ứng động c đuôi truyền động cánh quạt đuôi 
ix 
mu Điện áp điều khiển ứng với động c truyền động cánh quạt chính 
tu Điện áp điều khiển ứng với động c truyền động cánh quạt đuôi 
vvu Điện áp đặt vào phần ứng động c chính [25] 
vu Điện áp vào mạch khuếch đại công suất cho động c chính [25] 
hhu Điện áp đặt vào phần ứng động c đuôi [25] 
hu Điện áp vào mạch khuếch đại công suất cho động c đuôi [25] 
V 
Thế năng 
1V Thế năng của thanh ngang 
2V Thế năng của thanh đối trọng 
3V Thế năng của chốt quay 
Các chữ viết tắt 
A/D Analog / Digital 
AC Alternating Current
DC Direct Current 
DMC Dynamical Matrix Control 
GA Genetic Algorithm 
ISS Input-to-State Stable 
LQG Linear Quadratic Gausian 
LQR Linear Quadratic Regulator 
LTI Linear Time - Invariant 
MBTT Máy bay trực thăng 
MIMO Multiple Input Multiple Output 
MPC Model Prediction Control 
PD Proportional–Derivative 
PID Proportional–Integral–Derivative 
PWM Pulse Width Modulation 
rad radian 
RHC Receding Horizon Control 
rpm revolutions per minute 
s second 
TRMS Twin Rotor MIMO System 
x 
TTL Transistor-Transistor Logic 
UAV Unmanned Aerial Vehicle 
VDC Volts Direct Current 
xi 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 
Hình 1.1. Twin Rotor MIMO System (TRMS) .......................................................... 5 
Hình 1.2. Các vị trí trong không gian 3 chiều của TRMS [3] ..................................... 6 
Hình 1.3. Vị trí góc trong mặt đứng 
v của TRMS .................................................... 6 
Hình 1.4. Vị trí góc trong mặt ngang 
h của TRMS ................................................... 7 
Hình 1.5. ộ điều chỉnh PID với khâu lọc vi phân [44] ........................................... 12 
Hình 1.6. ộ điều chỉnh PID dựa trên hàm sigmoid cho TRMS [9] ........................ 12 
Hình 1.7. Cấu tr c Newton MPC phản hồi trạng thái cho TRMS [42] .................... 14 
Hình 1.8. ộ điều chỉnh PID với AFC cho TRMS [34] ........................................... 15 
Hình 1.9. ộ điều chỉnh PID với mạch v ng mô men dựa trên ................................ 16 
Hình 1.10. Cấu tr c điều khiển mờ cho TRMS [15] ................................................. 16 
Hình 1.11. Điều khiển thích nghi mô hình ngược cho TRMS [12] .......................... 17 
Hình 1.12. Cấu tr c điều khiển MPC trong [2] ......................................................... 17 
Hình 1.13. Cấu tr c điều khiển TRMS với 2 mạch v ng [16] .................................. 18 
Hình 2.1. Vị trí góc của TRMS và các hệ trục tọa độ ............................................... 21 
Hình 2.2. Mô hình simulink mô ph ng động học TRMS xây dựng mới .................. 29 
Hình 2.3. Mô hình simulink mô ph ng động học TRMS của nhà sản xuất.............. 29 
Hình 2.4. Vị trí góc v Hình 2.5. Vị trí góc h .......................... 31 
Hình 2.6. Vị trí góc v Hình 2.7. Vị trí góc h .......................... 31 
Hình 2.8. Vị trí góc v Hình 2.9. Vị trí góc h .......................... 31 
Hình 2.10. Vị trí góc v Hình 2.11. Vị trí góc h ........................ 32 
Hình 3.1. Điều khiển RHC với LQR ......................................................................... 37 
Hình 3.2. Giá trị đặt hằng số tại các thời điểm thiết kế............................................. 38 
Hình 3.3. Chỉnh định lại giá trị đặt tại các thời điểm với bù sai s ... Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)+(Hs*x3^2*cos(x1)-
Hc*x3^2*sin(x1)+Ic*sin(2*x1)*x3*x4+Im1*x5*x3*sin(x1)+CTt
*x6^2*s6*lt*cos(x1)-CRm*x5^2*s5*cos(x1)-fvah*x4-fcah*s4-
Cc*(x2-ah0))*(-Hc*sin(x1)+Hs*cos(x1))/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)-(Hs*x3^2*cos(x1)-
Hc*x3^2*sin(x1)+Ic*sin(2*x1)*x3*x4+Im1*x5*x3*sin(x1)+CTt
*x6^2*s6*lt*cos(x1)-CRm*x5^2*s5*cos(x1)-fvah*x4-fcah*s4-
Cc*(x2-ah0))*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)^2*(2*Iav*Ic*cos(x1)*sin(x1)-
2*Iav*Im1*cos(x1)*sin(x1)-2*Hc^2*cos(x1)*sin(x1)-
2*Hc*sin(x1)^2*Hs+2*Hc*cos(x1)^2*Hs+2*Hs^2*sin(x1)*cos(x
1)-2*It1*Ic*cos(x1)*sin(x1)+2*Im1*cos(x1)*It1*sin(x1))-
Im1*x3*x4*cos(x1)^2*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))/(-Iav*Iah-
113 
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)-(Tm-fvm*x5-
CQm*x5^2*s5+Im1*x3*x4*sin(x1))*(-
Hc*sin(x1)+Hs*cos(x1))*cos(x1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)+(Tm-fvm*x5-
CQm*x5^2*s5+Im1*x3*x4*sin(x1))*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*s
in(x1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)+(Tm-fvm*x5-
CQm*x5^2*s5+Im1*x3*x4*sin(x1))*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*c
os(x1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)^2*(2*Iav*Ic*cos(x1)*sin(x1)-
2*Iav*Im1*cos(x1)*sin(x1)-2*Hc^2*cos(x1)*sin(x1)-
2*Hc*sin(x1)^2*Hs+2*Hc*cos(x1)^2*Hs+2*Hs^2*sin(x1)*cos(x
1)-
2*It1*Ic*cos(x1)*sin(x1)+2*Im1*cos(x1)*It1*sin(x1))+(Tt-
fvt*x6-CQt*x6^2*s6)*(2*Iav*Ic*cos(x1)*sin(x1)-
2*Iav*Im1*cos(x1)*sin(x1)-2*Hc^2*cos(x1)*sin(x1)-
2*Hc*sin(x1)^2*Hs+2*Hc*cos(x1)^2*Hs+2*Hs^2*sin(x1)*cos(x
1))/It1/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)-(Tt-fvt*x6-CQt*x6^2*s6)*(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2)/It1/(-Iav*Iah-
114 
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)^2*(2*Iav*Ic*cos(x1)*sin(x1)-
2*Iav*Im1*cos(x1)*sin(x1)-2*Hc^2*cos(x1)*sin(x1)-
2*Hc*sin(x1)^2*Hs+2*Hc*cos(x1)^2*Hs+2*Hs^2*sin(x1)*cos(x
1)-2*It1*Ic*cos(x1)*sin(x1)+2*Im1*cos(x1)*It1*sin(x1)); 
A(6,2)=-Cc*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
A(6,3)=-fvav*(Iah+Ic*cos(x1)^2-Im1*cos(x1)^2)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)+(2*Hs*x3*cos(x1)-
2*Hc*x3*sin(x1)+Ic*sin(2*x1)*x4+Im1*x5*sin(x1))*(Hc*cos(
x1)+Hs*sin(x1))/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)-
Im1*x4*sin(x1)*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*cos(x1)/(-
Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
A(6,4)=(-Ic*sin(2*x1)*x4-
Im1*x5*sin(x1))*(Iah+Ic*cos(x1)^2-Im1*cos(x1)^2)/(-
Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)+(Ic*sin(2*x1)*x3-
fvah)*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))/(-Iav*Iah-
115 
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)-
Im1*x3*sin(x1)*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*cos(x1)/(-
Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
A(6,5)=(-
Im1*x4*sin(x1)+2*CTm*x5*s5*lm)*(Iah+Ic*cos(x1)^2-
Im1*cos(x1)^2)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)+(Im1*x3*sin(x1)-
2*CRm*x5*s5*cos(x1))*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1)-(-fvm-
2*CQm*x5*s5)*(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*cos(x1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
A(6,6)=-2*CRt*x6*s6*(Iah+Ic*cos(x1)^2-Im1*cos(x1)^2)/(-
Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-
Im1*cos(x1)^2*It1)+2*CTt*x6*s6*lt*cos(x1)*(Hc*cos(x1)+Hs
*sin(x1))/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
116 
2-Im1*cos(x1)^2*It1)+(-fvt-2*CQt*x6*s6)*(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2)/It1/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
B(1,1)=0;B(2,1)=0; 
B(3,1)=(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*cos(x1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
B(4,1)=cos(x1)*(Iav-It1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
B(5,1)=(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*cos(x1)*Hs*sin(x1)+
Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^2)/Im1/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
B(6,1)=-(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*cos(x1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
B(1,2)=0;B(2,2)=0; 
B(3,2)=(Iah+Ic*cos(x1)^2-Im1*cos(x1)^2)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
117 
B(4,2)=(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
B(5,2)=-(Hc*cos(x1)+Hs*sin(x1))*cos(x1)/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
B(6,2)=(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2)/It1/(-Iav*Iah-
Iav*Ic*cos(x1)^2+Iav*Im1*cos(x1)^2+Hc^2*cos(x1)^2+2*Hc*c
os(x1)*Hs*sin(x1)+Hs^2*sin(x1)^2+It1*Iah+It1*Ic*cos(x1)^
2-Im1*cos(x1)^2*It1); 
C=[1 0 0 0 0 0;0 1 0 0 0 0];%buoc 2 
ZE=[0 0;0 0];F=[A B;C ZE];%buoc 3 
c=rcond(F); 
if c>1.1331e-017 
u=[Tm;Tt];y=[av;ah];v=y-C*x;r=w+(w1-y1);d=f-A*x-B*u; 
delta=(x-xt)/0.005-f;vb=F^-1*[-d-delta;r-v];%buoc 4 
xs=[vb(1,1);vb(2,1);vb(3,1);vb(4,1);vb(5,1);vb(6,1)]; 
us=[vb(7,1);vb(8,1)]; 
Q=diag([50000,50000,5000,4000,0.001,0.001]); 
R=diag([R1,R2]); 
n=6; m=2;S=B*(R^-1*B');H=[A, -S;-Q,-A'];U,T]=schur(H); 
for j=1:2*n-1 
if (abs(T(j+1,j))>1e-16) 
[V,D]=eig(T(j:j+1,j:j+1));[G,r]=qr(V);T(j:j+1,:)=G'*T(j:
j+1,:); 
T(:,j:j+1)=T(:,j:j+1)*G;U(:,j:j+1)=U(:,j:j+1)*G; 
end 
118 
end 
for j=1:2*n 
for k=1:2*n-1 
if (real(T(k,k)) > real(T(k+1,k+1))) 
 p=T(k,k+1);q=T(k+1,k+1)-T(k,k); 
 absp=abs(p); 
 if absp==0.0 
 c=0.0;s=1.0; 
 else 
 nrm=norm([p q]);c=absp/nrm; 
 s=p/absp*(conj(q)/nrm); 
 end 
G=[c s;-conj(s) c]; 
T(k:k+1,:)=G*T(k:k+1,:);T(:,k:k+1)=T(:,k:k+1)*G'; 
U(:,k:k+1)=U(:,k:k+1)*G';T(k+1,k)=0; 
end 
end 
end 
G=U(1:2*n,1:n)/U(1:n,1:n);X=real(G(n+1:2*n,:n)); 
Y=-R^-1*B'*X*(x-xs)+us;sys(1)=Y(1,1);sys(2)=Y(2,1); 
else 
 sys(1)=u(9);sys(2)=u(10); 
end 
sys(3)=0.9999999*R1;sys(4)=0.9999999*R2; 
119 
Phụ lục 2. Cảm biến dòng điện độ nhạy cao 
 Các ứng dụng điển hình bao gồm điều khiển động c , giám sát và phát hiện 
tải, phát hiện quá d ng và trong bất kỳ một hệ thống quản l nguồn thông minh. 
 Các cực của đường dẫn d ng tải được cách ly về điện với các cảm biến. Đặc 
điểm này cho phép cảm biến d ng điện WCS2702 được sử dụng trong các ứng dụng 
yêu cầu cách ly về điện mà không dùng cách ly quang hoặc các kỹ thuật cách ly 
khác và làm cho hệ thống cạnh tranh h n về giá thành. 
 Sơ đồ khối của cảm biến dòng điện WCS2702 
 Đồ thị đặc tính của WCS2702 
120 
121 
122 
Phụ lục 3. Các bƣớc tiến hành thiết lập và chạy thực nghiệm 
 Thiết lập ban đầu 
1. ật công tắc nguồn cho Card DS1103 trên hộp mở rộng 
Mặt sau của hộp mở rộng chứa Card DS1103 
2. Mở phần mềm ControlDesk từ menu Start 
Vị trí của biểu tượng ControlDesk trong menu Start 
3. Phần mềm ControlDesk cần được mở 
123 
Cửa sổ phần mềm ControlDesk 
 Tìm DS1103 
 Các bước không cần thiết mỗi khi sử dụng hệ. Nói chung, các bước này chỉ 
cần thiết khi thiết ban đầu cho hệ và sau mỗi lần khi mà có lỗi trong Matlab báo 
không tìm thấy Card hoặc “ds1103” và “Slave DSP” không xuất hiện trong cửa sổ 
“Platform” của ControlDesk. 
Cửa sổ Platform trước và sau khi đã tìm được DS1103 
124 
 1. Chọn “Register” từ menu trong ControlDesk: Platform ► Initialization ► 
Register 
Vị trí của Register trong menu chính ControlDesk 
 2. Khi hộp thoại “Register oard” xuất hiện, chọn “DS1103 PPC Controller 
 oard” từ “Type” dropdown menu và thiết lập “Port address” là 300. Sau đó chọn 
n t “Register”. 
Các lựa chọn đúng trong hộp thoại “Register Board” 
 3. “DS1103” và “slave DSP” được báo là đã phát hiện trong “Platform” trong 
ControlDesk . 
125 
 “DS1103” và “Slave DSP”xuất hiện trong Platform 
 Mở MATLAB/Simulink 
 1. Tìm file “.mdl” trên ổ đĩa và kích đ p vào file để mở nó. Thao tác này cho 
phép mở đồng thời cả MATLA và Simulink. 
 2. Chọn n t “RTI1103” trong hộp thoại “Select dSPACE RTI Platform 
Support” mà xuất hiện trong MATLA . 
Chọn thư viện RTI cho DS1103 
 Biên dịch và Download mô hình 
 1. Mở “Configuration Parameters”: Simulation ► Configuration Parameters 
126 
Mở cửa sổ cấu hình các tham số hoạt động 
 2. Thiết lập các tham số yêu và mong muốn trong cửa sổ “Configuration 
Parameters”. Thiết lập thời gian lấy mẫu (“Fixed-step size”) đ ng với giá trị thiết kế 
cho hệ. Để thay đổi thời gian lấy mẫu đi theo đường dẫn: Solver ► Fixed-step size. 
Sau đó, thiết lập giá trị thời gian lấy mẫu mong muốn với đ n vị là giây. 
Cửa sổ cấu hình các tham số hoạt động 
127 
 3. Thiết lập “Real-Time Workshop” và chọn “ uild” để biên dịch và 
download mã từ mô hình Simulink. Quá trình tạo mã được chỉ ra cửa sổ màn hình 
“MATLA Command Window”. Phần mền ControlDesk cần được mở để bước này 
hoàn thành. Sẽ có báo lỗi nếu ControlDesk không được mở, nhưng các mục giám 
sát và điều khiển các biến không được mở tự động. Để chắc chắn các file được tạo 
ra đặt đ ng thư mục mong muốn, chọn và kích đ p vào thư mục đó, và chọn 
“Change to Working Directory” trước mỗi lần biên dịch mã. 
Các thiết lập “Real-Time Workshop”: 
 a. System target file: rti1103.tlc 
 b. Language: C 
 c. Make command: make_rti 
 d. Template makefile: rti1103.tmf 
 e. Select checkbox for “Generate makefile” 
Cửa sổ thiết lập “Real-Time Workshop” 
 4. Sau khi biên dịch mã và download thì chạy chư ng trình trên DS1103 ngay. 
128 
Phụ lục 4. Một số hình ảnh hệ thực nghiệm TRMS sử dụng bộ điều khiển RHC 
với LQR 
Bảng 3. Tham số và đặc tính card DS1103 
129 
Tham số Đặc tính 
 ộ xử l Loại Power PC PPC 750GX 
Xung nhịp CPU 1 GHz 
 ộ nhớ Cache 32 K mức 1 nhớ lệnh; 32 K mức 1 nhớ dữ 
liệu; 1 M mức 2 
Tần số US 133 MHz 
Cảm biến nhiệt độ Đo nhiệt độ thực của PPC 
 ộ nhớ ộ nhớ địa phư ng 32 M SDRAM cho chư ng trình và cache 
 ộ nhớ chung 96 M SDRAM cho lưu và trao đổi dữ liệu 
Timer 2 timer mục đích 
chung 
1 bộ đếm lùi 32 bit; Nạp lại bằng phần mềm 
Độ phân dải 15-ns 
1 bộ đếm tiến với thanh ghi so sánh 
Nạp lại bằng phần mềm; Độ phân dải 30-ns 
1 timer cho lấy 
mẫu 
1 bộ đếm lùi 32 bit; Nạp lại bằng phần mềm 
Độ phân dải 30-ns 
1 bộ đếm thời gian 
c bản 
 ộ đếm tiến 64 bit; Độ phân dải 30-ns 
 ộ điều khiển ngắt 3 ngắt thời gian; 7 ngắt encoder; 1 ngắt UART 
1 ngắt CAN; 1 ngắt DSP tớ; 2 ngắt DSP PWM 
1 ngắt chủ; 4 ngắt ngoài 
 ộ biến 
đổi A/D 
Số kênh 16 kênh dồn với 4 bộ lấy mẫu và lưu 
4 kênh song song 
Độ phân dải 16 bit 
Dải điện áp váo ±10 V 
 ảo vệ quá điện áp ±15 V 
Thời gian biến đổi Kênh dồn: 1 µs 
Kênh song song: 800 ns 
130 
Sai lệch bù ±5 mV 
Sai lệch hệ số ±0.25% 
Trôi bù 40 µV/K 
Trôi hệ số 50 ppm/K 
Tỷ lệ tín hiệu-
nhiễu 
>83 dB 
 ộ biến 
đổi D/A 
Số kênh 8 
Độ phân dải 16-bit 
Dải đầu ra ±10 V 
Thời gian ổn định 5 µs (14-bit) 
Sai lệch bù ±1 mV 
Sai lệch hệ số ±0.5% 
Trôi bù 30 µV/K 
Trôi hệ số 25 ppm/K 
Tỷ lệ tín hiệu-
nhiễu 
>83 dB 
I max ±5 mA 
CImax 10 nF 
Vào/ra 
số 
Số kênh 32 
Được sắp xếp thành 4 nhóm 8 bit 
Mỗi nhóm 8 bit có thể được thiết lập vào hoặc ra 
Dải điện áp Mức TTL cho vào/ra 
Iout, max ±10 mA 
Giao 
tiếp 
encoder 
số 
Số kênh 6 kênh độc lập; Vào TTL hoặc RS422 
 ộ đếm vị trí Độ phân dải 24 bit 
Tần số lớn nhất 1.65 MHz hoặc 6.6 MHz trong 
chế độ nhân 4 
131 
Reset hoặc nạp lại bằng phần mềm 
Nguồn cấp cho 
encoder 
5 V/1.5 A 
Dùng chung vao giao tiếp encoder tư ng tự 
Giao 
tiếp 
encoder 
tư ng tự 
Số kênh 1 kênh; Tín hiệu sin 
 ộ đếm vị trí Độ phân dải < 5°; ộ đếm vị trí 32 bit 
Tần số lớn nhất đầu vào 0.6 MHz hoặc lên đến 
2.4 MHz chế độ nhân 4 
Đặc tính bộ biến 
đổi A/D 
Độ phân dải 6 bit; 10 MSPS 
Điện áp nguồn cấp 
encoder 
5 V/1.5 A 
Dùng chung vao giao tiếp encoder số 
Giao 
tiếp 
CAN 
Cấu hình 1 kênh dựa trên vi điều khiển SA 80C164 
Chuẩn tốc độ cao ISO DIS 11898-2 CAN 
Tốc độ Lớn nhất 1 Mbit/s 
Giao 
tiếp nối 
tiếp 
Cấu hình TL6C550C đ n UART với FIFO 
PLL điều khiển UART 
Tư ng thích RS232/RS422 
Tốc độ 115.2 kBd (RS232); 1 Mbd (RS422) 
DSP tớ Loại Texas Instruments TMS320F240 DSP 
Tốc độ xung nhịp 20 MHz 
 ộ nhớ 64Kx16 bộ nhớ mã hóa ngoài 
28Kx16 bộ nhớ dữ liệu ngoài 
4Kx16 bộ nhớ truyền thông 
32 K bộ nhớ flash 
Các kênh vào/ra 16 đầu vào biến đổi A/D; 10 đầu ra PWM 
4 đầu vào ghi dữ liệu; 2 cổng truyền thông 
Điện áp vào TTL mức vào/ra 
Đầu vào chuyển đổi A/D: 0  5 V 
132 
D ng điện ra max ±13 mA 
Đặc tính 
vật l 
Nguồn cung cấp +5 V ±5%, 4 A; +12 V ±5%, 0.75A 
-12 V ±5%, 0.25A