174

Bồ ởi điện tr rôto và stato có th ở ể thay đổ ấ ớn i r t ltrong quá trình làm vi c cệ ủa động cơ, và lấy được thông tin các giá tr ị của điện tr là rở ất khó khăn đặc biệt là đố ới động

Có th tìm hi u lu n án tể ể ậ ại thư viện:

1 Thư viện T Quang Bạ ửu Trường ĐHBK- Hà N i ộ

2 Thư viện Qu c gia ố Việt Nam

2017, Siem Reap, Cambodia; pages 1451÷1456

[2] Phạm Văn Tuấn, Phạm Hùng Phi, Nguyễn Thanh Sơn, Thái Hữu Nguyên (2017); “Truyền động động cơ không đồng bộ không cảm biến tốc độ với ước lượng điện trở rô to sử dụng mạng nơ ron nhân tạo”; Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân

sự, số 51- Tháng 10/ 2017, trang 46÷57

[3] Phạm Văn Tuấn, Phạm Hùng Phi, Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Thế Công (2018); “Thuật toán học nơron sửa đổi để ước lượng điện trở roto và stato khi đang hoạt động cho truyền động động

cơ không đồng bộ không cảm biến tốc độ”; Tạp chí khoa học và

số 133, tháng 3 năm 2019, trang 8÷14

2 T ng quan tình hình nghiên cổ ứu trong và ngoài nước

Các phương pháp ước lượng tốc độ động cơ không đồng b ba pha ộ

phụ thu c vào giá tr đi n tr ộ ị ệ ở rôto và stato Ngoài ra phương pháp điều khiể ự ừn t a t thông rôto gián ti p, tính toán góc t thông rôto ph thu c ế ừ ụ ộvào giá tr ị điện tr rôto [6], [16], [35] Mở ặt khác điện tr rôto có th ở ểbiến thiên t i 100% do s ớ ự thay đổi nhiệt độ ầ, t n s rôto và l y l i các ố ấ ạthông tin này v i m t mô hình nhi t ho c m t c m bi n nhiớ ộ ệ ặ ộ ả ế ệt độ là rất khó khăn, phứ ạc t p b i các c m bi n nhiở ả ế ệt độ phải được g n vào các ắ

v trí khác nhau cị ủa rôto, điều đó có thể không th c hiự ện được trong

t t c các ng d ng [5], [14], ấ ả ứ ụ [17], [36], [37] Điện tr ở stato cũng có thể thay đổi 50% trong quá trình làm vi c cệ ủa động cơ [5], [17], [37]

do s ự thay đổi nhiệt độ Trên th ế giới hi n nay có nhiệ ều phương pháp ước lượng điện tr ở rôto và stato Tuy đã có nhiều k t qu đư c công ế ả ợ

bố, nhưng v n còn nhi u vẫ ề ấn đề ần đượ c c quan tâm nghiên c u và giứ ải quyết tiếp để nâng cao hơn nữa chất lượng c a viủ ệc ước lượng điện tr ởrôto và stato của động cơ không đồng b ba pha rôto l ng sóc C ộ ồ ụ thể: Các phương pháp đã được đề ậ ở trên chưa giả c p i quyết được vấn đềước lượng online đồng th i c đi n tr rôto và stato cho truyờ ả ệ ở ền động

không c m bi n tả ế ốc độ ở ẽ ả b i s x y ra vòng lặp đạ ố trong chương i s trình ước lượng đồng th i tờ ốc độ và điện tr rôto, dở ẫn đến việc ước lượng tốc độ và các điện tr s không th c hiở ẽ ự ện được Chính vì v y, ậnhững nghiên c u v ứ ề ước lượng online điện tr ở rôto và stato cho động

cơ không đồng b ba pha ng d ng trong truyộ ứ ụ ền động động cơ không

đồng b ba pha không c m bi n tộ ả ế ốc độ ẫ v n luôn c p thi t và thu hút ấ ế

được s quan tâm c a các nhà khoa hự ủ ọc trong và ngoài nước đặc là các phương pháp ước lượng điện tr rôto và stato s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân tạo

3 Đối tư ng và ph m vi nghiên c u cợ ạ ứ ủa đề tài

Đối tượng nghiên c u: Nghiên c u v ứ ứ ề ước lượng các thông s ng ố độ

cơ không đồng b xoay chi u ba pha rôto l ng sóc trong quá trình làm ộ ề ồ

việ ử ục s d ng mạng nơron nhân tạo

Phạm vi nghiên c u: trong lu n án này tác gi ứ ậ ả chỉ nghiên cứu ước lượng điện tr rôto và stato cở ủa động cơ không đồng b xoay chi u ba ộ ềpha rôto l ng sóc Bồ ởi điện tr rôto và stato có th ở ể thay đổ ấ ớn i r t ltrong quá trình làm vi c cệ ủa động cơ, và lấy được thông tin các giá tr ị

của điện tr là rở ất khó khăn đặc biệt là đố ới động cơ không đồi v ng b ộ

ba pha rôto l ng sóc M t khác viồ ặ ệc ước lượng chính xác điện tr rôto ở

và stato s nâng cao chẽ ất lượng làm vi c cho h truyệ ệ ền động không

c m bi n tả ế ốc độ động cơ không đồng b ộ

4 M c tiêu cụ ủa đề tài lu n án ậ

Các m c tiêu nghiên cụ ứu sau đây sẽ được th c hi n trong lu n án: ự ệ ậ Các phương pháp ước lượng tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha không cảm biến tốc

độ tựa từ thông rôto, các ưu và nhược điểm của hệ truyền động này; các tham số ảnh hưởng đến quá trình ước lượng tốc độ

Các phương pháp ước lượng điện trở rôto động cơ không đồng bộ

ba pha rôto lồng sóc, đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp

Các phương pháp ước lượng điện trở stato động cơ không đồng bộ

ba pha rôto lồng sóc, đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp

Sử dụng mạng nơron nhân tạo để ước lượng đồng thời điện trở rôto

và stato trong quá trình làm việc của hệ truyền động động cơ không đồng bộ

Sau khi các điện trở rôto và stato đã được nhận dạng sẽ được đưa vào hệ truyền động không cảm biến tốc độ động cơ không đồng bộ

ba pha điều khiển tựa từ thông rôto gián tiếp, để đánh giá chất lượng của hệ truyền động trong hai trường hợp: khi có các bộ ước lượng điện trở tác động và khi không có các bộ ước lượng điện trở

5 Ý nghĩa khoa học và th c ti n cự ễ ủa đề tài

Ứng ụd ng được lý thuyết trí tuệ nhân tạo trong nhận dạng tham số

và điều khiển không cảm biến tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Xây dựng được phương pháp ước lượng điện trở rôto và stato của động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng mạng nơron với tốc độ học thay đổi

Nâng cao chất lượng làm việc của các hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc không cảm biến tốc độ khi có ước lượng điện trở rôto và stato

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu s đư c v n d ng trong lu n án này bao ẽ ợ ậ ụ ậ

gồm:

S d ng lý thuyử ụ ết điều khi n và mể ạng nơron nhân tạo để nhận dạng điện tr rôto và stato cho h thở ệ ống điều khi n không c m bi n tể ả ế ốc độđộng cơ không đồng b ba pha rôto l ng sóc; S d ng ph n m m mô ộ ồ ử ụ ầ ề

phỏng trên máy tính (ph n mầ ềm Matlab/ Simulink) để ểki m ch ng các ứnghiên c u v lý thuy ứ ề ết;Thực nghi m ki m tra, khệ ể ẳng định các k t ếquả nghiên c u lý thuyứ ết được cài đặt trên b ộ vi điều khi n DS 1104 ể

- S ử dụng mạng nơron vớ ốc độ ọi t h c là m t hàm s ộ ố để ước lượng đồng thời điện tr rôto và stato; ở

- S d ng m ử ụ ạng nơron với ốc độ ọc đượt h c xây d ng t lôgic m ự ừ ờ

để ước lượng đồng thời điện tr rôto và stato ở

Tiến hành th c nghi m ki m chự ệ ể ứng phương pháp ước lượng đồng thời điện tr rôto và stato s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân tạo v i tớ ốc độ

h c là hàm s trên nọ ố ền vi điều khi n DS 1104 ể

S d ng các thuử ụ ật toán ước lượng đồng thời điện tr rôto và stato ởđược đề xu t, s nâng cao chấ ẽ ất lượng làm vi c c a h truyệ ủ ệ ền động động cơ không đồng b ba pha rôto l ng sóc không c m bi n t c ộ ồ ả ế ố

Chương 1: TỔNG QUAN V Ề ƯỚC LƯỢNG ĐIỆN TR RÔTO Ở

1.1 Mô hình toán của động cơ không đồng b ba pha rôto l ng sóc ộ ồ1.2 T ng quan m t s ổ ộ ố phương pháp ước lượng điện tr rôto và ởstato

Trên th ế giới hi n nay có nhiệ ều phương pháp ước lượng điện tr ởrôto: thu t toán thích nghi tham chi u mô hình MRAS c a t thông ậ ế ủ ừ

hoặc công su t phấ ản kháng đã được th c hiự ện ở [38], [39], [40], [41];

b l c Kalman m r ng [42], [43], [44], [45]; b ộ ọ ở ộ ộ quan sát trượt [46], [47], [48]; lôgic m [50], [51], [52], [53]; mờ ạng nơron nhân tạo [5], [17], [54] Phương pháp ước lượng điện tr ở stato đã được th c hiự ện ở[21], [55] s d ng MRAS; b l c Kalman m r ng [56], [57]; b quan ử ụ ộ ọ ở ộ ộ

mạng nơron hộ ụ chậm, điệi t n tr ở rôto và stato được ước lượng không chính xác Do v y nghiên c u c i thiậ ứ ả ện độ chính xác của ước lượng điện tr rôto và stato s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân tạo bằng cách thay đổi

tốc độ ọ h c là một hướng nghiên c u c a lu n án này và s ứ ủ ậ ẽ được tác giả đề ậ c p chi tiết trong chương tiếp theo

Chương 2: NGHIÊN CỨU ƯỚC LƯỢNG ĐIỆN TR RÔTO VÀ ỞSTATO TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VI C S D NG M NG Ệ Ử Ụ Ạ

NƠRON NHÂN TẠO 2.1 T ng quan v mổ ề ạng nơron trong nhận dạng các tham s ố

2.2 Ước lượng điện tr rôto và stato s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân

t o ạ

2.2.1 Ước lượng điện tr rôto s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân tạo

2.2.1.1 Ước lượng điện tr rôto s d ng mở ử ụ ạng nơron vớ ốc đội t

Mô hình mạng nơron (Mô hình thích nghi)

_ +

Hình 2.7 C u trúc b ấ ộ ước lượng điện tr rôto d a trên MRAS bao ở ự

g m mồ ạng nơron được hu n luy n v i thu t toán lan truyấ ệ ớ ậ ền ngược sai

s ố

T h ừ ệ phương trình (2.23), xây dựng được m t mộ ạng nơron truyền thẳng (hình 2.8)

2 2

3 r

r _es

m s

L WR

h c không phù h p s dọ ợ ẽ ẫn đến quá trình hu n luy n m ng ch m và sai ấ ệ ạ ậ

s u ra c a m ng l n Vi c l a ch n tố đầ ủ ạ ớ ệ ự ọ ốc độ ọ h c phù h p ch yợ ủ ếu

d a vào kinh nghi m cự ệ ủa người nghiên c u Vứ ấn đề được đặt ra là s ẽ

thay th các tế ốc độ ọ h c là h ng s b ng m t hàm sao cho sau m i lằ ố ằ ộ ỗ ần

c p nhậ ật trọng s ố hiệu ch nh s làm gi m giá tr sai l ch ỉ ẽ ả ị ệ E

Hàm εi(k) là tích sai l ch c a tr ng s ệ ủ ọ ố hiệu ch nh (ỉ i= 1 ho c 3) ặ ở

l n tính và ầ k (k-1) T ừ đó xây dựng hàm hàm tốc độ ọ h c d a vào sai ự

l ch ệ εi(k-1) sao cho tốc độ ọc thay đổi theo hướ h ng gi m sai l ch ả ệ E

c a mủ ạng (Hàm sai l ch ệ E chỉ ra ở phương trình (2.24)), tức là nếu

εi(k-1) dương, mạng có tốc độ ộ ụ chậ h i t m, phải tăng tốc độ ọ h c; nếu

εi(k-1) âm, m ng b ạ ị quá điều ch nh, ph i gi m tỉ ả ả ốc độ ọc h Xét hàm s : ố

i i

sign( ) i

sign( ) i

M t khác ặ f(0)= 0, suy ra εi(k)f(εi(k) > 0 v i mớ ọi εi(k)≠0 T ừ đó xây

dựng đượ ốc độ ọc t h c vi t theo luế ật dưới đây:

2.2.2 Ước lượng điện tr stato s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân tạo

2.2.2.1 Ước lượng điện tr stato s d ng mở ử ụ ạng nơron vớ ốc đội t

h c là h ng sọ ằ ố

Theo [5] [17] , ta có phương trình như sau:

2 2

W (k) W (k ) W (k (2.40)

V ới:

2 4

Tốc độ ọc được xác định ở h (2.43) khác với tốc độ ọc đã được đề ập h c

ở tài liệu [5], [17], [73] Đây chính là một đóng góp mớ ủi c a lu n án ậtrong phương pháp ước lượng điện tr stato s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân t o ạ Ở đây vớ ốc độ ọi t h c là hàm số, điện tr statở o được ước lượng như (2.42)

2.2.3 K t qu mô phế ả ỏng

cơ

Ước lượng điện trở rôto

(tốc độ học là

hàm số (2.33)) Bộ ước lượng từ thông (Mô

hình điện áp(2.20))

R s_es

Phát xung

động cơ bao gồm: điện tr ở

thực, điện tr ở ước lượng

Hình 2.13 Điện tr stato c a ở ủđộng cơ bao gồm: điện tr ởthực, điện tr ở ước lượng

Nghiên c u này s ứ ẽ đề xuất m t b lôgic m ộ ộ ờ để xác định tốc độ ọc h

c a mủ ạng nơron Bộ lôgic m s d ng mô hình m ờ ử ụ ờ Mamdani được tác giả ự l a chọn để xác định tốc độ ọ h c bởi đây là mô hình mờ đơn giản,

d dàng trong xây d ng luễ ự ật hợp thành

Sử dụng

FL để tính toán

sự thay đổi tốc độ học

Hình 2.19 Sơ đồ khối sử ụ d ng lôgic m tính toán tờ để ốc độ ọc h

Giá tr tị ốc độ ọc ở h chu k trích m u th ỳ ẫ ứ k như sau:

1

Tốc độ ọc được xác định ở h (2.47) khác với tốc độ ọc đã được đề ập h c

ở các tài liệu [5], [17], [69] Đây là một đóng góp mớ ủi c a lu n án ậtrong phương pháp ước lượng điện tr rôto s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân

t o ạ Ở đây tốc độ ọc được xác đị h nh s d ng lôgic m ử ụ ờ Điện tr rôto ởđược ước lượng theo (2.29) ho c (2.30) ặ

2.3.2 Ước lượng điện tr stato v i hàm tở ớ ốc độ ọc đượ h c xây d ng ự

t lôgic m ừ ờ

Tương tự như phương pháp xây dựng hàm tốc độ ọ ở ục 2.3.1 để h c mước lượng điện tr ở rôto Để xác định tốc độ ọc dùng cho ướ h c lư ng ợđiện tr ở stato, cũng đề xu t m t b lôgic m vấ ộ ộ ờ ới các đầu vào là các tín

hi u ệ ε4(k) và Δε4(k); đầu ra là giá tr sai l ch c a tị ệ ủ ốc độ ọ h c Δη4(k); luật

điều khiển mô hình m ợờđư c ch ỉ ra như ảB ng 2.1

lưu

Động cơ

Ước lượng điện trở rôto (tốc độ học xây dựng dựa

vào FL(2.47))

Bộ ước lượng

từ thông (Mô hình điện áp(2.20))

Phát xung

Hình 2.24 Sơ đồ khối của h truyệ ền động bi n t n- ế ầ động cơ không

đồng b ba pha IFOC v i ưộ ớ ớc lượng điện tr rôto và stato/ tở ốc độ ọ h c

được xác định s d ng lôgic m ử ụ ờ

Hình 2.27 Điện tr rôto cở ủa

động cơ bao gồm: điện tr ở

thực, điện tr ở ước lượng

Hình 2.28 Điện tr stato cở ủa động cơ bao gồm: điện tr ởthực, điện tr ở ước lượng

2.4 K t luế ận chương 2

N i dung chính cộ ủa chương này gồm ba n i dung chính: n i dung th ộ ộ ứnhất là ước lượng điện tr rôto và stato s d ng mở ử ụ ạng nơron vớ ối t c

độ ọ h c là h ng s ; Tiằ ố ếp theo là ước lượng điện tr rôto và stato s ở ử

d ng mụ ạng nơron vớ ốc độ ọi t h c thay đổi hàm s ; ph n cu i cố ầ ố ủa chương trình bày cách xây dựng tốc độ ọc thay đổ ử ụ h i s d ng lôgic m , ờ

đã chỉ ra: ước lượng điện tr rôto và stato v i tở ớ ốc độ ọc thay đổ h i (t c ố

độ ọ h c là hàm s ho c tố ặ ốc độ ọc đượ h c xây d ng t lôgic mự ừ ờ) đã được

đề xuất có độ chính xác cao hơn so với trường h p tợ ốc độ ọ h c là h ng ằ

s Trong ố chương tiếp theo tác gi s t p trung nghiên cả ẽ ậ ứu và đánh giá các đáp ứng đầu ra c a h truyủ ệ ền động không c m bi n tả ế ốc độ đi u ềkhiể ự ừn t a t thông rôto ở hai trường h p: khi có b ợ ộ ước lượng điện tr ở

rôto, stato v i khi không có b ớ ộ ước lượng tác động T ừ đó sẽ thấy được ước lượng điện tr ở rôto và stato được đề xu t ấ ở chương 2 góp phần nâng cao chất lượng cho h truyệ ền động động cơ không đồng b ộ

ba pha rôto l ng sóc không c m bi n tồ ả ế ốc độ

PHA RÔTO L NG SÓC KHÔNG C M BI N TỒ Ả Ế ỐC ĐỘ VỚI ƯỚC LƯỢNG ĐIỆN TR RÔTO VÀ STATO Ở

3.1 Các phép biến đ i hệ ọa độổ t

3.2 Điều khi n t a t ể ự ừ thông rôto động cơ không đồng b ba pha ộ

3.3 Điều khi n t a t thông rôto gián ti p không c m bi n tể ự ừ ế ả ế ốc độ(Sensorless IFOC) v i gi thi t là các tham s cớ ả ế ố ủa động cơ không

đổi trong quá trình làm vi c ệ

Ước lượng tốc

độ sử dụng mạng nơron (3 ) 26 Ước lượng từ

thông mô hình thích nghi (2 ) 20

V dc

ω * r

ψ * r

ψ im ψ im

Nghịch lưu Phát

xung

Hình 3.11 Sơ đồ khố ệi h truyền động điều khi n vector bi n t n- ể ế ầ động

cơ không đồng b ba pha không c m bi n tộ ả ế ốc độ ớ v i các thông s c a ố ủ

động cơ không thay đổi

M t s k t qu mô ph ng: ộ ố ế ả ỏ

Hình 3.12 Tốc độ động cơ Hình 3.13 Mômen điệ ừn t

Hình 3.14 Dòng điện stato Hình 3.15 Điện áp dây stato

3.4 Điều khi n t a t thông rôto gián ti p không c m bi n tể ự ừ ế ả ế ốc độ(Sensorless IFOC) vớ ớc lượng điệi ư n tr rôto và stato ở

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -10

-5 0 5 10 15 20 25 30

-400 -200 0 200 400 600

(sec)

lưu

Động cơ

Ước lượng điện trở rôto

sử dụng ANN(tốc độ học là hàm số (2.33))

Ước lượng từ thông mô hình

Phát xung

Hình 3.16 Sơ đồ ủ c a h truyệ ền động bi n t n- ế ầ động cơ không đồng b ộ

ba pha IFOC không c m bi n tả ế ốc độ ới ước lượng điệ v n tr rôto và ở

stato

Hình 3.17 (a), (b) Tốc độ động cơ khi chưa có ước lượng điện tr ở

rôto và stato

ba pha rôto lồng sóc; đồng thời đánh giá ảnh hưởng của điện tr rôto ở

và stato trong quá trình làm việc đối v i h truyớ ệ ền động động cơ không đồng b ba pha không c m bi n tộ ả ế ốc độ

Chương 4: MÔ HÌNH THỰC NGHI M Ệ4.1 Xây d ng bàn th c nghi m ự ự ệ

MÁY TÍNH PC

dòng

Động cơ Một chiều

Chỉnh lưu đảo chiều (Mentor 2)

V dc

Nguồn lưới

ωr

Nguồn lưới

4.2 Th c hiự ện đi u khiển FOC cho động cơ không đồề ng b ba pha ộrôto l ng sóc ồ

4.3 Ước lượng điện tr rôto và stato s d ng mở ử ụ ạng nơron cho

truyền động không c m biả ến tốc độ động cơ không đồng b ba ộ

pha rôto l ng sóc ồ

4.3.1 Ước lượng điện tr rôto ở

Ước lượng điện tr rôto s d ng mở ử ụ ạng nơron nhân tạo v i tớ ốc độ

h c là h ng s ọ ằ ố

Hình 4.17 (a), (b) Điện tr ở rôto ước lượng v i tớ ốc độ ọ h c là

h ng s ằ ố