(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh

(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh(Luận văn thạc sĩ) Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh

TỔNG QUAN

Tính cấp thiết của luận văn

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) là giải pháp lý tưởng cho các hệ thống yêu cầu hiệu năng và hiệu quả cao, như các ứng dụng trong đường sắt PMSM có đặc điểm nổi bật là nhỏ gọn, nhẹ hơn so với động cơ không đồng bộ, giúp tối ưu hóa khả năng kéo và tiết kiệm năng lượng Nhờ vào cấu trúc tối ưu và hiệu suất vượt trội, PMSM ngày càng được ưa chuộng trong các thiết bị đòi hỏi độ chính xác và độ bền cao.

Hiện nay, Việt Nam đang triển khai nhiều dự án đường sắt cao tốc như tuyến Metro Bến Thành - Suối Tiên, Bến Thành - Tân Kiên, và các tuyến khác như Thạnh Xuân - Hiệp Phước, Cầu Sài Gòn - Bến xe Cần Giuộc, Cát Linh - Hà Đông Với xu hướng phát triển hiện tại, công nghệ PMSM chắc chắn sẽ được ứng dụng trong các hệ thống này Tuy nhiên, vấn đề bảo trì và nâng cấp hệ thống sẽ đặt ra thách thức cần giải quyết Cuộc vận động nghiên cứu khoa học và làm chủ công nghệ của Đảng và Nhà nước ngày càng được đẩy mạnh để hỗ trợ cho sự phát triển bền vững của ngành đường sắt cao tốc Việt Nam.

Chất lượng của hệ thống điều khiển truyền động điện phụ thuộc lớn vào chất lượng các bộ điều khiển Các bộ điều khiển cần đảm bảo tạo ra phạm vi điều khiển rộng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Việc chọn lựa và thiết kế bộ điều khiển chính xác là yếu tố then chốt để nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống truyền động điện.

Em chọn đề tài “Mô Hình Mô Phỏng Điều Khiển Động Cơ Đồng Bộ Nam Châm Vĩnh Cửu Kết Hợp Điều Khiển Thông Minh” nhằm mục đích khám phá sâu về lĩnh vực truyền động điện xoay chiều và hiện trạng xây dựng tuyến metro tại Việt Nam Đề tài này giúp phân tích các công nghệ điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là ứng dụng của điều khiển thông minh trong hệ thống truyền động Việc nghiên cứu này cung cấp các giải pháp tối ưu cho việc nâng cao hiệu quả vận hành của các hệ thống truyền động điện trong các dự án đô thị lớn như metro Đây cũng là hướng đi quan trọng góp phần thúc đẩy sự phát triển công nghệ truyền động điện tại Việt Nam, phù hợp với xu hướng chuyển đổi số và tự động hóa trong ngành giao thông đô thị.

Mục tiêu của luận văn

Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích hai mô hình điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sử dụng phương pháp điều khiển PI và FUZZY PI để nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ Bên cạnh đó, bài viết cũng xây dựng mô hình mô phỏng định hướng thực nghiệm, sử dụng phần mềm Psim để thử nghiệm và phân tích các chiến lược điều khiển này Các kết quả từ mô phỏng giúp đánh giá chính xác khả năng điều khiển, tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo ổn định cho hệ thống động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong các ứng dụng kỹ thuật tiên tiến.

Phương pháp thực hiện luận văn

Thu thập tài liệu từ các bài báo liên quan

Khảo sát mô hình động học, mô hình hóa và mô phỏng cấu trúc điều khiển động cơ PMSM.

Ý nghĩa của luận văn

Là tài liệu tham khảo hữu ích cho những ai quan tâm đến phương pháp điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên sâu cho các sinh viên, các nhà nghiên cứu và phục vụ cho công tác giảng dạy chuyên ngành.

ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

Giới thiệu chung về động cơ đồng bộ

Động cơ đồng bộ là loại động cơ có tốc độ quay của rotor bằng với tốc độ quay của từ trường, đảm bảo hoạt động ổn định trong các ứng dụng công nghiệp Tốc độ của động cơ đồng bộ không đổi bất kể tải trọng thay đổi, chỉ phụ thuộc vào tần số nguồn cung cấp và số đôi cực của động cơ Tốc độ của động cơ đồng bộ được xác định chính xác qua công thức, giúp người vận hành dễ dàng kiểm soát và tối ưu hóa hiệu suất làm việc.

Trong đó: n là tốc độ quay của rotor (vòng/phút) f là tần số của nguồn điện (Hz) p là số cặp cực của động cơ

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) hoạt động dựa trên nguyên lý sinh momen nhờ sự tương tác giữa hai từ trường quay, trong đó một từ trường được tạo ra bởi dòng điện trong dây quấn 3 pha của stator và từ trường còn lại do các thanh nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt rotor Nhờ hiệu suất cao và hệ số công suất lớn, động cơ đồng bộ thường được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống hàng ngày PMSM là loại động cơ đồng bộ tiêu biểu, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại động cơ khác, phù hợp với nhiều ngành công nghiệp và dân dụng.

• Sử dụng động cơ PMSM sẽ giúp tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ (từ 30- 50% năng lượng)

• Không cần bảo trì thường xuyên so với các động cơ khác (không có chổi than)

• Động cơ nhõ, trọng lượng nhẹ nên tiết kiệm được không gian phù hợp với tiêu chí thiết kế nhỏ ngày nay

• Độ rung và tiếng ồn thấp trong quá trình làm việc

• Tỏa nhiệt thấp giúp an toàn trong các môi trường làm việc dễ cháy nổ

Động cơ PMSM gặp phải hai khuyết điểm chính là chi phí cao do nam châm vĩnh cửu có giá thành đắt và khả năng hoạt động trong phạm vi nhiệt độ thấp hơn so với các động cơ dây quấn vì khả năng khử từ của nam châm vĩnh cửu hạn chế Trong đó, động cơ PMSM chia thành hai loại chính là động cơ cực lồi SPM (Surface Permanent Magnet), chiếm tỷ lệ lớn trong công nghiệp khoảng 95%, và động cơ cực ẩn IPM (Interior Permanent Magnet).

Cấu tạo động cơ PMSM gồm 2 thành phần chính là: Stator và rotor

Starto của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bao gồm hai bộ phận chính là lá thép và dây quấn, cùng với vỏ máy và nắp máy để bảo vệ các thành phần bên trong và đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.

Lõi thép startor được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện (tôn silic 0.5mm), có lớp sơn cách điện phủ hai mặt và được dập rãnh bên trong để tạo khe đặt dây quấn sau này Các lá thép này được ghép lại thành hình trụ, đảm bảo vị trí cố định trong thân máy Lõi thép stator đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra từ trường và đảm bảo hoạt động hiệu quả của máy, đồng thời được thiết kế để chống nhiễu và giảm tổn thất điện năng.

• Thân máy phải được thiết kế sao cho hình thành một hệ thống thông gió để làm mát tốt nhất cho máy

• Nắp máy thường được chế tạo từ gang đúc, thép tấm hoặc nhôm đúc

Rotor động cơ PMSM cực lồi SPM thường có tốc độ quay thấp, dẫn đến đường kính rotor lớn và chiều dài động cơ ngắn Rotor chủ yếu là đĩa nhôm hoặc nhựa nhẹ, giúp giảm trọng lượng và tăng độ bền cao Các nam châm được gắn chìm trong đĩa rotor, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của động cơ PMSM.

Rotor động cơ PMSM cực ẩn IPM được chế tạo từ thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối trụ rồi gia công phay rãnh để tăng cường độ bền cơ học Loại rotor này thường được sử dụng trong các động cơ tốc độ cao, nơi yêu cầu tốc độ vượt trội và khả năng chịu lực tốt Để hạn chế lực ly tâm khi hoạt động ở tốc độ cao, rotor thường có chiều dài lớn, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

Nam châm vĩnh cửu Lõi Rotor

Hình 2.1: Cấu tạo động cơ PMSM

Trong các máy điện sử dụng nam châm vĩnh cửu, trước đây stator thường có các răng để giữ dây quấn, tuy nhiên ngày nay, nhiều thiết kế stator không còn răng nhằm giảm kích thước và nâng cao hiệu suất Dây quấn stator hiện nay được chế tạo bên ngoài và sau đó lồng vào, định vị chắc chắn trong khung stator để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả cao.

Máy điện có khả năng vận hành ổn định ở tốc độ thấp và giảm tổn thất, đồng thời mở rộng không gian cho dây quấn stator, cho phép sử dụng dây quấn có tiết diện lớn hơn và tăng dòng điện định mức, giúp tăng công suất của máy Tuy nhiên, khe hở không khí lớn gây ra những hạn chế cần thiết nên rotor phải được chế tạo với đường kính lớn hơn và có bề mặt nam châm lớn nhằm tối ưu hiệu suất và độ bền của máy điện.

Máy điều hòa không khí sử dụng động cơ PMSM làm máy nén khí để nâng cao hiệu suất hoạt động Trong môi trường làm việc của máy nén khí, động cơ tiếp xúc với nhiều dầu nhờn, điều này làm hạn chế việc sử dụng cảm biến vị trí Việc lựa chọn động cơ phù hợp giúp tăng độ bền và hiệu quả vận hành của hệ thống máy điều hòa không khí.

PMSM là một giải pháp tối ưu nhất

Với các dòng máy điều hòa inverter tiết kiệm điện (30-50%) của các hãng như Panasonic, Toshiba, Samsung

Máy giặt công nghiệp và gia đình hiện nay đang sử dụng động cơ PMSM phổ biến nhờ khả năng tạo ra momen xoắn cao khi vận hành ở tốc độ thấp Động cơ PMSM giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống truyền động trong máy giặt, phù hợp với nhu cầu tải trọng lớn và yêu cầu vận hành liên tục Sử dụng động cơ PMSM trong máy giặt không chỉ tối ưu hóa hiệu suất làm việc mà còn kéo dài tuổi thọ máy, đáp ứng các tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tiếng ồn.

Trong các thiết bị gia dụng như tủ lạnh, yêu cầu về mô-men xoắn tốt hơn ở tốc độ thấp được đáp ứng hiệu quả bởi động cơ PMSM Đặc biệt, trong ngành ô-tô, các bộ phận như máy bơm và máy nén điều hòa không khí dần chuyển sang sử dụng động cơ PMSM nhờ hiệu suất làm việc vượt trội, tuổi thọ cao hơn và mô-men xoắn lớn khi vận hành ở tốc độ thấp Các dòng xe như Honda Vivic đã minh chứng cho xu hướng này, phản ánh rõ lợi ích của động cơ PMSM trong ngành ô-tô và các thiết bị gia dụng.

Hình 2.2: Ứng dụng động cơ PMSM [1]

Mô hình toán học động cơ PMSM

Mrs S S Kulkarni, A G Thosar Mathematical Modeling and Simulation of Permanent Magnet Synchronous Machine International Journal of Electronics and Electrical Engineering Vol 1, No 2, June 2013[3]

Công suất đầu vào tức thời của máy ba pha được xác định dựa trên năng lượng đầu vào của các máy hai pha, giúp giải thích trong cả phép đo, phân tích và mô phỏng hệ thống điện Công suất đầu vào tức thời của hệ thống ba pha được tính bằng công thức \( p_i = v_{t\,abc} \cdot i_{abc} = v_{a} i_{a} + v_{b} i_{b} + v_{c} i_{c} \), trong đó \( v_{t\,abc} \) là vector điện áp tức thời của hệ thống ba pha, còn \( v_a, v_b, v_c \) là điện áp đầu vào của các pha riêng biệt Dòng điện và điện áp của các pha abc được chuyển đổi thành dạng tương đương phù hợp cho các phép tính phân tích hệ thống điện.

Từ (2.1), (2.2), (2.3) ta có công suất đầu vào:

Khai triển phía bên phải của phương trình (2.4), công suất đầu vào trong các biến dq0 là:

(2.5) Đối với máy 3 pha không có thứ tự dòng điện, công suất đầu vào có thể được thu gọn:

Mô-men điện từ là các biến đầu ra quan trọng nhất để xác định các động lực cơ khí của máy, chẳng hạn như vị trí rotor và tốc độ Nó xuất phát từ phương trình ma trận máy, dựa trên công suất đầu vào cùng các thành phần như tổn thất điện trở, công suất cơ học và mức độ thay đổi năng lượng từ trường trong cuộn dây stator Trong trạng thái ổn định, mức độ thay đổi năng lượng từ trường tích lũy chỉ bằng không, dẫn đến sự chênh lệch giữa tổn thất điện trở, công suất đầu ra và công suất đầu vào Tuy nhiên, mức độ thay đổi của năng lượng từ trường không cần phải bằng không, và đây chính là nguồn gốc của mô-men xoắn điện từ trong máy.

Các phương trình động học của PMSM có thể được viết như sau:

Công suất đầu vào tức thời là:

[ ] [L] [ ] i t t t t p =i V =i R i i+ pi i G w i+ r (2.8) [ ] R :ma trận các thành phần điện trở

[L] : ma trận các hệ số của hàm điều hành p

[G] : ma trận các hệ số của tốc độ rotor (ωr) t [ ] i R i : điện trở tổn thất ở rotor và stator t [L] i pi : biểu thị mức độ thay đổi trường lưu trữ t [ ]

G w i r : các thành phần còn lại bao gồm cả khe hở không khí

Mối liên hệ giữa khe hở không khí và momen xoắn:

Trong đó P là số cực Bỏ qua tốc độ trên cả hai vế phương trình ta có momen điện từ:

Các phương trình động lực của PMSM trong hệ tọa độ rotor có thể được biểu diễn nhờ việc sử dụng các biến liên kết như các biến chính Mặc dù điện áp và dòng không liên tục, các từ thông móc vòng vẫn duy trì tính liên tục, giúp dễ dàng phân tích và đảm bảo sự ổn định của các biến số Các từ thông móc vòng của stator và rotor trong hệ tọa độ rotor được định nghĩa rõ ràng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mô phỏng và điều khiển máy.

Mrs S S Kulkarni, A G Thosar Mathematical Modeling and Simulation of Permanent Magnet Synchronous Machine International Journal of Electronics and Electrical Engineering Vol 1, No 2, June 2013 [3] r r qs s qs l =L i (2.11) r r ds s ds af l =L i +l (2.12)

Dựa trên các phương trình, dòng điện stator trong hệ tọa độ rotor có thể được biểu diễn bằng các thông số như từ thông móc vòng và cảm ứng từ Điện áp theo hệ dq của stator trong hệ tọa độ rotor liên quan chặt chẽ đến từ thông móc vòng, điện trở, cảm ứng tự cảm và các tham số kỹ thuật như cảm ứng lỏng, góc quay và tốc độ quay của rôto Những công thức này giúp mô tả chính xác hành vi của dòng điện trong máy điện, tối ưu hóa hiệu suất làm việc dựa trên các yếu tố điện và từ tính.

( l ) r s r r r ds ds af ds r ds q v R l pl w l

Các phương trình này có thể được biểu diễn dưới dạng mạch tương đương hoặc sơ đồ khối, giúp hiểu rõ hơn về hệ thống Mômen điện từ được xem như một hàm của từ thông móc vòng, phản ánh mối liên hệ giữa dòng điện stator và từ thông móc vòng thông qua các công thức tính toán phù hợp Việc thay thế dòng điện stator bằng từ thông móc vòng là bước quan trọng để phân tích và mô phỏng hiệu quả các hệ thống điện từ.

Biểu thức thể hiện momen xuất phát từ sự tương tác giữa từ thông móc vòng và dòng điện trục d-q trong các cuộn dây Các dấu trừ trong công thức phản ánh sự xuất hiện của lực cản ngược lại, do từ thông móc vòng trục q và dòng điện trục d tạo ra lực phản tác dụng Hiểu rõ mối quan hệ này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của các bộ truyền động điện dựa trên mô-men từ.

Các mạch tương đương của PMSM có thể bắt nguồn từ các phương trình stator và được thể hiện như sau:

Hình 2.3: Mạch tương đương của PMSM bỏ qua tổn thất lõi.

Các mạch tương đương đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu hệ thống điện, giúp giải thích các tổn thất lõi do từ trễ và dòng xoáy trong lá thép Mỗi yếu tố như mật độ từ trường, tần số kích thích, đặc tính và độ dày của lá thép ảnh hưởng khác nhau đến tổn thất lõi, trong đó tổn thất dòng xoáy đặc biệt phụ thuộc vào các đặc điểm này Ngoài ra, còn có tổn thất trên mặt cực và sóng hài gây ra bởi cuộn dây, lá thép stator và rotor, khiến việc tích hợp tất cả các tổn thất này vào mô hình mạch tương đương đơn giản trở nên khó khăn Tuy nhiên, mô hình trở kháng tương đương đơn giản có thể dùng để giải thích tổn thất cốt lõi do kích thích cơ bản, giúp ích trong việc tối ưu hiệu quả và xác định momen giới hạn của máy, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả cao nhất.

Hình 2.4: Mạch tương đương trạng thái ổn định với tổn thất lõi của PMSM

Việc thêm vào điện trở tổn hao tương đương trong các mạch theo trục q và d chứng minh rằng dòng điện tiêu thụ bị mất cho hệ momen trong máy, gây giảm hiệu suất hoạt động Hơn nữa, những tổn thất này còn làm giảm khả năng tản nhiệt của máy, ảnh hưởng đến độ bền và độ ổn định của thiết bị Các sơ đồ khối của động cơ PMSM được thể hiện rõ trong hình 2.3, trong đó các momen điện từ được tạo ra từ các từ thông móc vòng Các dòng điện rút ra từ các từ thông này không hiển thị trực tiếp để đơn giản hóa biểu đồ và phân tích.

Hình 2.5: Sơ đồ khối của PMSM

Các phương trình của PMSM trong hệ tọa độ rotor:

( afn 1 v ) r sn r dn r r qsn b qsn dsn rn qsn qn qn qn qn

( 1 v ) r sn r sn r r qsn b rn qsn dsn qsn qn dn qn

2 r r r rn afn qsn i dn qn i i dsn qsn n rn

Các phương trình cuối cùng được thêm vào để xác định vị trí rotor, vì đây là yếu tố quan trọng trong việc tính toán điện áp và dòng điện của máy Vị trí rotor đơn vị đo bằng radian và các phương trình này là phi tuyến, phản ánh các biến liên quan phức tạp Các giải pháp hệ thống sau đó được thực hiện bằng cách tích hợp các phương trình vi phân Dòng pha abc có thể được truy cập từ dòng dq trong hệ tọa độ rotor thông qua các ma trận biến đổi nghịch đảo, từ đó xác định momen điện từ của máy.

2.2.6 Phương trình tính hiệu nhỏ của PMSM

Phương trình động học phi tuyến phản ánh quá trình biến dòng điện hoặc biến dòng điện kết hợp với tốc độ rotor trong hệ thống Trong thiết kế bộ điều khiển dựa trên kỹ thuật hệ thống điều khiển tuyến tính, các phương trình phi tuyến không thể sử dụng trực tiếp mà cần được tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cụ thể Đặc biệt, kỹ thuật nhiễu loạn giúp xác định mô hình tuyến tính phù hợp khi tín hiệu đầu vào hoặc rối loạn nhỏ Các phương trình tuyến tính thu được sau đó cung cấp nền tảng để phân tích và điều khiển hệ thống hiệu quả hơn, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu xử lý tín hiệu nhỏ hoặc các biến số nhỏ.

0 0 dv r qs =(R s +L s p) di r qs +w L di r d ds r +(L I d ds r +l af )dw r (2.19)

0 0 dv r ds =(R s +L s p) di r ds +w L di r q qs r −L I d qs r dw r (2.20)

Jpdw +Bdw = P dT −dT (2.21) pdq r =dw r (2.22)

2 2 r r r r r e af qs d q ds qs qs ds dT = P l di + L −L + (2.23)

Kết hợp phương trình thông qua (2.19) và (2.23) đưa về ma trận trạng thái ta có: pX = AX + BU (2.24)

Với X =[li qs r di ds r dw r dq r ] (2.25) [ qs r ds r l ]

0 0 1 0 s d r r af d ds q q q s q r r qs d d d r r af d q ds d q ds

(2.28) Đầu ra có thể là hàm của các biến trạng thái:

Trong hệ thống, các vector C và D có kích thước phù hợp để mô tả các trạng thái và đầu ra Các hệ thống và đầu ra được thể hiện chi tiết qua phương trình (2.28) và (2.29) Để đơn giản hóa quá trình xây dựng mô hình, momen tải đã được xem như một đầu vào của hệ thống, giúp tối ưu quá trình phân tích và thiết kế.

2.2.7 Đánh giá đặc tính điều khiển của PMSM

Biến đổi Laplace phương trình (2.27) và (2.28) với các giả thiết điều kiện ban đầu bằng không:

Với s là biến Laplace Áp dụng phương trình (2.28) và (2.29), đầu ra như sau:

1 y(s) = [C(sI A) − − B 1 + D u s ] ( ) (2.32) Với I là ma trận đơn vị Ma trận đầu vào được viết:

Với b i là vector cột thứ i của ma trận B và i tương ứng với số phần tử trong vector đầu vào, tương tự:

Việc đánh giá các hàm truyền trở nên đơn giản hơn khi dạng biến chính tắc hoặc pha của phương trình trạng thái được xác định rõ ràng trong phương trình (2.24) Điều này thường được thực hiện thông qua việc chuyển đổi sang dạng sau, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao độ chính xác trong phân tích hệ thống điều khiển Các phương trình liên quan, như (2.34), (2.35) và (2.36), thể hiện mối liên hệ giữa các biến trạng thái và đầu ra, đồng thời cho thấy cách các hàm truyền được dễ dàng xác định khi dạng chuẩn của phương trình trạng thái được áp dụng.

Các phương trình trạng thái được chuyển thành: p p p p i pX = A X + B u (2.38) p p i i y = C X + d u (2.39)

Các ma trận và vector có dạng:

Và hàm chuyển đổi được viết:

Vấn đề nằm ở chỗ tìm các ma trận biến đổi, T p Một thuật toán để xây dựng T p được đưa ra dưới đây:

Các phương trình cuối cùng yêu cầu xác định hệ số của phương trình đặc trưng, vốn đã được tính toán trước đó bằng thuật toán Leverrier Thuật toán Leverrier là một phương pháp hiệu quả để tìm hệ số của đa thức đặc trưng của ma trận, giúp đơn giản hóa việc xác định vectơ riêng và giá trị riêng Áp dụng thuật toán Leverrier sẽ đảm bảo độ chính xác trong quá trình tính toán và tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu ma trận trong các bài toán kỹ thuật và toán học.

5 m trace A H A m I m trace AH H AH m I m trace AH

Với các vết một ma trận là tổng các phần tử đường chéo của nó, giúp xác định đặc tính của hệ thống Tần số đáp ứng được đánh giá từ phương trình (2.32) bằng cách thay thế s = jω, cho phép phân tích phản ứng của hệ tại các tần số khác nhau Mức độ và đồ thị pha có thể được vẽ trên phạm vi tần số mong muốn, hỗ trợ việc đánh giá chính xác các đặc tính điều khiển của hệ thống.

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG

3.1 Hệ điều khiển dòng điện

Sensored Field Oriented Control of 3-Phase Permanent Magnet Synchronous MotorsInternet:http://www.ti.com/lit/an/sprabq2/sprabq2.pdf[4]

Hệ truyền động động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu hoạt động dựa trên đầu vào bên ngoài là momen và từ thông tổng yêu cầu (giá trị đặt) Các đầu vào này có thể là độc lập trong các ứng dụng điều khiển truyền động động cơ hoặc phục vụ hệ thống điều chỉnh tốc độ dựa trên các biến nội bộ Momen đặt 𝑚𝑀* cùng với dòng stator 𝑖𝑠* và góc momen đặt 𝛿* được tính toán từ các phương trình liên quan đến momen và từ thông tổng, sau đó biến đặt này được sử dụng thay cho các biến thực trong hệ thống điều khiển.

Hệ điều khiển tốc độ

Sensored Field Oriented Control of 3-Phase Permanent Magnet Synchronous MotorsInternet:http://www.ti.com/lit/an/sprabq2/sprabq2.pdf [4]

Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ sử dụng cấu trúc hệ truyền động điều chỉnh mômen như hình 3.1 làm nền tảng, kết hợp với mạch vòng điều khiển tốc độ để điều chỉnh tốc độ rotor, như thể hiện trong hình 3.12 Sai lệch giữa tốc độ thực tế và tốc độ đặt 𝜔 ∗ − 𝜔 được xử lý bởi bộ điều khiển PI nhằm vô hiệu hóa lỗi tốc độ, đảm bảo hệ truyền động hoạt động chính xác và ổn định.

Hình 3.12: Giải thuật điều khiển tốc độ

Hình 3.13: Bộ điều khiển PI

Bộ điều khiển PI (Proportional-Integral) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển phổ biến trong hệ thống điều khiển công nghiệp Nó hoạt động bằng cách tính toán sai số giữa giá trị đo thực tế và giá trị mong muốn, sau đó điều chỉnh đầu ra nhằm giảm thiểu sai số này một cách tối đa Khi không có kiến thức sâu về quá trình, bộ điều khiển PI là lựa chọn tối ưu để kiểm soát hệ thống Tuy nhiên, để đạt hiệu quả cao nhất, các thông số của PI cần phải được điều chỉnh phù hợp với đặc tính của từng hệ thống cụ thể, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của quá trình điều khiển.

Thuật toán tính toán bộ điều khiển PI bao gồm hai tham số riêng biệt, thường được gọi là điều khiển ba khâu gồm các giá trị tỷ lệ và tích phân, viết tắt là PID Bộ điều khiển PI đảm bảo điều chỉnh chính xác hệ thống bằng cách kết hợp phản hồi tỷ lệ và tích phân, giúp giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu quả điều khiển Việc chọn lựa các thông số phù hợp của bộ điều khiển PI đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống tự động hóa.

P, I Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số Tổng của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ

Bằng cách điều chỉnh hai hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PI, hệ thống điều khiển có thể phù hợp với các yêu cầu đặc biệt trong thiết kế Đáp ứng của bộ điều khiển được mô tả qua độ nhạy sai số, giá trị vượt quá điểm đặt, và mức độ dao động của hệ thống Việc tối ưu hóa các tham số này giúp nâng cao hiệu quả và độ ổn định của bộ điều khiển trong các ứng dụng công nghiệp.

Một số ứng dụng yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy thuộc vào hệ thống, bằng cách đặt độ lợi của các đầu ra không mong muốn về 0 Bộ điều khiển PI thường được gọi là bộ điều khiển PI, P hoặc I khi thiếu tác động bị khuyết, giúp kiểm soát hiệu quả và nhạy cảm với nhiễu đo lường Bộ điều khiển PI phổ biến do phản ứng nhanh nhạy với nhiễu, nhưng thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống không đạt được giá trị mong muốn.

Chúng ta cần chú ý đến sự đa dạng của lĩnh vực lý thuyết và ứng dụng điều khiển, vì nhiều quy ước đặt tên cho các biến liên quan được sử dụng phổ biến Điều này giúp đảm bảo tính nhất quán trong quá trình phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển, đồng thời giúp các nhà nghiên cứu và kỹ sư dễ dàng trao đổi thông tin chuyên môn Việc đặt tên biến rõ ràng và thống nhất là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu quả trong việc phát triển các mô hình điều khiển phức tạp, phù hợp với nhiều lĩnh vực khác nhau như tự động hóa, robotics, và truyền động tự động.

Sơ đồ điều khiển PI được đặt tên theo ba khâu hiệu chỉnh của nó, bao gồm các biến điều khiển (MV), phản hồi, và tín hiệu lỗi Tổng của hai khâu hiệu chỉnh này tạo thành bộ điều khiển PI, giúp điều chỉnh quá trình một cách chính xác và ổn định Sơ đồ này thường được sử dụng trong hệ thống tự động để tối ưu hóa hoạt động của quá trình điều khiển.

Trong đó Pout, Iout là các thành phần đầu ra từ hai khâu của bộ điều khiển

PI, được xác định như dưới đây

Khâu tỉ lệ, còn gọi là độ lợi, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh giá trị đầu ra dựa trên sai số hiện tại Đáp ứng tỉ lệ có thể được kiểm soát bằng cách nhân sai số đó với một hằng số Kp, gọi là độ lợi tỉ lệ Việc điều chỉnh này giúp hệ thống phản hồi chính xác hơn, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của quá trình kiểm soát.

Khâu tỉ lệ được cho bởi:

P out: Thừa số tỉ lệ của đầu ra

Độ lợi tỷ lệ (Kp) là thông số điều chỉnh quan trọng trong hệ thống điều khiển, ảnh hưởng đến khả năng phản hồi của hệ thống Sai số (e) được xác định bằng hiệu số giữa giá trị đặt (SP) và giá trị thực (PV), phản ánh độ chính xác của quá trình điều khiển Độ lợi của khâu tỷ lệ càng lớn thì thay đổi ở đầu ra càng rõ ràng dù sai số đầu vào nhỏ, nhưng nếu quá cao sẽ gây mất ổn định cho hệ thống Trong khi đó, độ lợi thấp dẫn đến phản hồi chậm chạp hoặc kém nhạy, làm giảm khả năng điều khiển chính xác, đặc biệt trong môi trường có nhiễu Vì vậy, việc điều chỉnh phù hợp độ lớn của Kp là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống ổn định, nhạy và phản ứng nhanh với các thay đổi của quá trình.

Trong điều khiển tỉ lệ thuần túy không có nhiễu, hệ thống vẫn duy trì một sai số ổn định trạng thái (gọi là "drop-độ trượt"), phản ánh mối liên hệ giữa độ lợi tỉ lệ và độ lợi quá trình Khi độ lợi quá trình bị trôi do thiếu điều khiển trong thời gian dài, như trong quá trình làm lạnh lò nung về nhiệt độ phòng, sai số xấp xỉ là hằng số và độ trượt xảy ra khi độ lợi không đổi bằng thừa số tỉ lệ của đầu ra Các thuật toán điều khiển sẽ bù chính xác thông số tới giá trị đặt, nhưng nếu độ lợi quá trình giảm, trạng thái dừng sẽ nằm dưới điểm đặt, dẫn đến hiện tượng "drop-độ trượt".

Chỉ các thành phần dịch chuyển trung bình dài hạn và thành phần tần số không của độ lợi quá trình mới tác động tới độ trượt, khi các dao động đều hoặc ngẫu nhiên trên hoặc dưới thành phần dịch chuyển sẽ bị triệt tiêu Độ lợi quá trình có thể thay đổi theo thời gian hoặc do các yếu tố bên ngoài, như nhiệt độ phòng thay đổi, ảnh hưởng đến tốc độ làm lạnh Độ trượt tỷ lệ thuận với độ lợi quá trình và tỷ lệ nghịch với độ lợi tỉ lệ, khiến nó trở thành một khuyết điểm không thể tránh khỏi của điều khiển tỉ lệ thuần túy Để giảm độ trượt, có thể thêm thừa số độ lệch hoặc sửa đổi hệ thống bằng cách thêm một khâu tích phân trong bộ điều khiển PI, giúp tính toán và điều chỉnh độ lệch một cách hiệu quả hơn.

Bất chấp độ trượt, cả lý thuyết điều chỉnh lẫn thực tế công nghiệp chỉ ra rằng

Phân phối của khâu tích phân (hay còn gọi là reset) tỷ lệ thuận với biên độ thời gian xảy ra sai số, giúp xác định mức ảnh hưởng của sai lệch trên hệ thống Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) thể hiện lượng bù đã được tích hợp và hiệu chỉnh trước đó để duy trì ổn định hệ thống Tích lũy sai số sau đó được nhân với độ lợi tích phân (Ki), góp phần điều chỉnh tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển một cách chính xác Biên độ phân phối của khâu tích phân trong toàn bộ quá trình điều chỉnh được xác định bởi độ lợi tích phân Ki, đảm bảo hệ thống phản hồi hiệu quả và ổn định hơn.

Thừa số tích phân được cho bởi:

I out: Thừa số tích phân của đầu ra

K i : Độ lợi tích phân, 1 thông số điều chỉnh e: sai số = SP - PV t: Thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại)

𝜏: một biến tích phân trung gian

Khâu tích phân trong điều khiển giúp tăng tốc quá trình đạt tới điểm đặt và giảm thiểu sai số ổn định, với tỉ lệ phụ thuộc vào bộ điều khiển Tuy nhiên, do khâu tích phân phản ứng dựa trên sai số tích lũy trong quá khứ, nó có thể gây quá độ, khiến giá trị hiện tại vượt quá mục tiêu và tạo ra sự lệch hướng không mong muốn.

Trong bộ điều khiển PI, khâu tỉ lệ và tích phân được kết hợp để tính toán đầu ra Đầu ra của bộ điều khiển, ký hiệu là u(t), phản ánh phản hồi dựa trên sai số và tích phân của sai số theo thời gian Biểu thức cuối cùng của thuật toán PI thể hiện rõ mối quan hệ giữa phần tỉ lệ và phần tích phân, giúp điều chỉnh chính xác hệ thống điều khiển Phương pháp này đảm bảo kiểm soát ổn định và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống tự động.

0 trong đó các thông số điều chỉnh là: Độ lợi tỉ lệ 𝑲 𝒑

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ FUZZY-PI

Biến đầu vào và ra

Biến Mô tả Giới hạn

Hình dạng hàm Cách 1 Cách 2

NL Sai lệch tốc độ lớn và âm

-20 đến -20 -20 đến 40 Hình tam giác

NS Sai lệch tốc độ nhỏ và âm

ZE Sai lệch tốc độ bằng

PS Sai lệch tốc độ nhỏ và dương 70 đến 100

PL Sai lệch tốc độ lớn và dương

130 đến 130 Hình tam giác Cách 1:

NL NS ZE PS PL

Hình 4.2: Thông số ngõ vào sai số e(t)

Biến đầu vào vi phân sai số tốc độ de(t):

Biến Mô tả Giới hạn Hình dạng

NL Vi phân sai lệch tốc độ lớn và âm

-1300 đến -1300 -1300 đến -900 Hình tam giác

NS Vi phân sai lệch tốc độ nhỏ và âm

ZE Vi phân sai lệch tốc độ bằng 0

PS Vi phân sai lệch tốc độ nhỏ và dương

PL Vi phân sai lệch tốc độ lớn và dương

-300 đến -50 -50 đến -50 Hình tam giác Cách 1:

NL NS ZE PS PL

Biến Giới hạn Hình dạng

3 đến 3 Hình tam giác Cách 1:

PVS PS PMS PM PML

Hình 4.4: Thông số ngõ ra K P

Biến Giới hạn Hình dạng

0 đến 0.05 0.05 đến 0.2 Hình tam giác

0.2 đến 0.3 0.3 đến 0.4 Hình tam giác

0.5 đến 0.6 0.6 đến 0.6 Hình tam giác Cách 1:

PVS PS PMS PM PML

Luật Fuzzy

Cách 1: de/e NL NS ZE PS PL

NL PVL PVL PVL PVL PVL

NS PML PML PML PL PVL

ZE PVS PVS PS PMS PMS

PS PML PML PML PL PVL

PL PVL PVL PVL PVL PVL

NL PML PVL PVL PVL PVL

NS PML PML PML PL PVL

ZE PML PVS PS PMS PMS

PS PML PML PML PL PVL

PL PVL PVL PVL PVL PVL

NL PM PM PM PM PM

NS PMS PMS PMS PMS PMS

ZE PS PS PVS PS PS

PS PMS PMS PMS PMS PMS

PL PM PM PM PM PM

NL PMS PM PM PM PM

NS PMS PMS PMS PMS PMS

ZE PM PS PVS PS PS

PS PMS PMS PMS PMS PMS

PL PM PM PM PM PM

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM VÀ CÁC THƯ VIỆN LIÊN

Giới thiệu phần mềm Psim

PSIM của Powersim Inc là phần mềm mô phỏng chuyên dụng thiết kế để mô phỏng các mạch điện tử công suất và hệ truyền động điện Với khả năng mô phỏng nhanh, giao diện thân thiện và dễ sử dụng, cùng khả năng phân tích dạng sóng chính xác, PSIM trở thành công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích các bộ biến đổi điện tử công suất và thiết kế vòng điều khiển kín Đồng thời, phần mềm giúp nghiên cứu các hệ thống truyền động điện một cách hiệu quả, hỗ trợ các kỹ sư trong quá trình thiết kế và tối ưu hệ thống điện công suất.

- PSIM Schematic: Chương trình soạn thảo mạch nguyên lý, dùng để vẽ mạch cần mô phỏng (kết quả cho file với đuôi *.sch)

- PSIM simulator: trình mô phỏng mạch nguyên lý (cho kết quả có đuôi là *.txt)

- SIMVIEW: trình vẽ dạng sóng kết quả mô phỏng, phân tích sóng

PSIM là phần mềm mạnh mẽ cho phép thiết kế các mạch công suất và mạch điều khiển, tối ưu hóa quá trình tự động hóa trong hệ thống điện Mạch công suất bao gồm các van bán dẫn, các phần tử RLC và biến áp, đóng vai trò chính trong việc truyền tải và kiểm soát năng lượng Mạch điều khiển được biểu diễn qua các sơ đồ khối trong miền s, miền Z, tích hợp các phần tử logic, flip-flop và các phần tử phi tuyến nhằm đảm bảo điều khiển chính xác và linh hoạt Các cảm biến đo các giá trị điện áp, dòng điện trong mạch công suất và truyền về mạch điều khiển để phân tích và ra quyết định Phần điều khiển dựa trên dữ liệu cảm biến để quyết định đóng hoặc mở các van bán dẫn, góp phần tối ưu hiệu quả hoạt động của hệ thống điện tự động.

Thư viện phần mềm Psim

PSIMUser’s GuideInternet: https://powersimtech.com/drive/uploads/2016/06/PSIM-User-Manual.pdf [7] Điện trở, tụ điện, IGBT, PMSM: điện trở Tụ điện IGBT PMSM

Hình 5.1: Ký hiệu điện trở, tụ điện, IGBT, động cơ PMSM trong Psim

Hình 5.2: Ký hiệu Unit Delay trong Psim

Chức năng: lấy trể đầu vào một khoảng thời gian lấy mẫu tương ứng

Zero-Order-Hold : input output Hình 5.3: Ký hiệu Zero-Order-Hold trong Psim

Chức năng: lấy mẫu ở giá trị đầu vào và duy trì kết quả lấy mẫu cho đến chu kì tiếp theo

Hình 5.4: Ký hiệu Proportional block trong Psim

Chức năng: giá trị tín hiệu đầu vào sẽ tỉ lệ với giá trị tín hiệu đầu ra với tỉ số k

Hình 5.5: Ký hiệu Comparator trong Psim

Chức năng:Nếu V + > V - thì ngõ ra ở mức 1, V + < V - thì ngõ ra ở mức 0 và V + V - thì ngõ ra được duy trì ở chu kì trước đó

Hình 5.6: Ký hiệu Multiplexer (2-input)trong Psim

Chức năng: Nếu S0=0 thì Y=d0, S0=1 thì Y=d1 Ngõ vào d0, d1 có thể là tín hiệu số hay tương tự

Hình 5.7: Ký hiệu Multiplexer (8-input)trong Psim

Chức năng: Các tín hiệu điều khiển S0, S1, S2 điều khiển đầu ra Y Ngõ vào d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 có thể là tín hiệu số hay tương tự

Hình 5.8: Ký hiệu Limiter trong Psim

Chức năng: Tín hiệu đầu vào bị giới hạn bởi giới hạn trên và giới hạn dưới Đầu ra có giá trị trong khoảng 2 giới hạn

Sum, Multiplier, Divider: in1 in2 out out out in2 in2 in1 in1

Hình 5.9: Ký hiệu Sum, Multiplier, Dividertrong Psim

Chức năng: Thực hiện các chức năng +, -, x, / in1 và in2, kết quả sẽ cho ra out

Sine (in rad), Cos (in rad):

Hình 5.10: Ký hiệu Sine (in rad), Cos (in rad) trong Psim

Chức năng: đầu vào của khối có giá trị từ -2π đến 2π và sẽ cho kết quả là phép lấy sin (cos) của đầu vào

Hình 5.11: Ký hiệu C Block trong Psim

Chức năng: Cho phép người dùng code vào khối C Block với ngôn ngữ lập trình

Hình 5.12: Ký hiệu 3-phase PWM F28335trong Psim

Chức năng chính của hệ thống là so sánh giá trị của sóng mang với các sóng điều khiển (u, v, w) Quá trình so sánh này tạo ra các xung PWM, bao gồm 6 xung: up, un, vp, vn, wp, wn, giúp điều chỉnh linh hoạt các tín hiệu điều khiển Đây là bước quan trọng trong quá trình điều khiển mô hình, đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác và hiệu quả Việc tạo ra các xung PWM từ kết quả so sánh là phương pháp phổ biến trong các ứng dụng điều khiển truyền động, góp phần tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống.

MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ PMSM TRONG

Phần công suất

Hình 6.2: Khối mô phỏng công suất.

Phần điều khiển

Chuyển hệ trục tõa độ abc sang alpha, beta a b al

Hình 6.3: Khối chuyển đổi Clark

Chuyển hệ trục tọa độ alpha, beta sang hệ tọa độ d, q

Hình 6.4: Khối chuyển đổi Park al be d q

Chuyển hệ trục tọa dộ d, q sang hệ tọa độ alpha, beta

Hình 6.5: Khối chuyển đổi Ipark d q al be

6.2.4 Khối không gian vector SVPWM

6.2.4 Khối tính toán tốc độ

Hình 6.7: Khối tính toán tốc độ

K1 = 1/(BASE_FREQ*T)P K2 = 1/(1+10*T*PI) = 0.996868 K3 = 1-K2 = 0.03131 BaseRpm = 120 * (BASE_FREQ/POLES) = 3000 rpm

Hình 6.9: Khối điều khiển Fuzzy PI

CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Theo các kết quả mô phỏng, bộ điều khiển Fuzzy PI tối ưu hơn so với bộ điều khiển PI truyền thống về hiệu suất và tốc độ đáp ứng Bộ điều khiển Fuzzy PI cho tốc độ phản hồi nhanh hơn, giúp hệ thống hoạt động ổn định và chính xác hơn so với các phương pháp điều khiển thông thường Nhờ khả năng thích ứng tốt, bộ điều khiển Fuzzy PI nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.

Động cơ chạy không tải

Trường hợp 1: Tốc độ đặt 300rpm, 0Nm

Tốc độ: độ vọt lố 5.3%, thời gian xác lập 0.5s, sai số xác lập 5%

PI: tốc độ đầu ra không đạt so với tốc độ đặt, dòng điện méo dạng

Hình 7.1: Đáp ứng tốc độ và dòng điện của PI và Fuzzy PI (300rpm)

Tốc độ: độ vọt lố 1.3%, thời gian xác lập 1.4s, sai số xác lập 2.5%

Hình 7.2: Đáp ứng tốc độ và dòng điện của PI và Fuzzy PI (1200rpm).

Động cơ mang tải 0.5Nm

Trường hợp 2: Tốc độ đặt 300rpm

Tốc độ: độ vọt lố 1%, thời gian xác lập 0.9s, sai số xác lập 0%

Tốc độ: độ vọt lố 5%, thời gian xác lập 0.3s, sai số xác lập 5%

Hình 7.3: Đáp ứng tốc độ và dòng điện của PI và Fuzzy PI (300rpm, 0.5Nm)

Tốc độ: tốc độ đầu ra không đạt so với tốc độ đặt

Hình 7.4: Đáp ứng tốc độ và dòng điện của PI và Fuzzy PI (1200rpm, 0.5Nm).

Động cơ mang tải 1Nm

PI: tốc độ đầu ra không đạt so với tốc độ đặt, dòng điện méo dạng

Hình 7.3: Đáp ứng tốc độ và dòng điện của PI và Fuzzy PI (300rpm, 1Nm)

Tốc độ: tốc độ đầu ra không đạt so với tốc độ đặt

Hình 7.4: Đáp ứng tốc độ và dòng điện của PI và Fuzzy PI (1200rpm, 1Nm)

Giải thích kết quả đạt được:

Bộ điều khiển PI thông thường không tự động điều chỉnh các tham số KP và

Bộ điều khiển Fuzzy PI tự điều chỉnh các tham số KP và KI dựa trên sai số tốc độ và tốc độ thay đổi sai số, giúp duy trì hiệu suất điều khiển ổn định khi điều kiện làm việc của động cơ thay đổi Điều này cho phép bộ điều khiển Fuzzy PI phản ứng linh hoạt hơn so với bộ điều khiển PI truyền thống, mang lại khả năng kiểm soát tốc độ chính xác và ổn định trong nhiều miền điều khiển khác nhau Vì vậy, bộ điều khiển Fuzzy PI là giải pháp hiệu quả để nâng cao hiệu suất điều khiển trong các ứng dụng cần thích ứng với biến đổi điều kiện hoạt động của động cơ.

Kết quả mô phỏng cho thấy PI hoạt động hiệu quả trong miền tuyến tính nhưng chưa đáp ứng được yêu cầu khi điều khiển các hệ thống động phức tạp Với yêu cầu điều khiển ngày càng cao, phương pháp điều khiển phi tuyến như Fuzzy PI đã thể hiện khả năng vượt trội trong các miền điều khiển tốc độ và tải khác nhau So với bộ điều khiển PI truyền thống, Fuzzy PI tự điều chỉnh tốt hơn trong cả giai đoạn quá độ và ổn định, mang lại đồ thị đáp ứng tốt, thời gian phản hồi ngắn hơn, sai số xác lập nhỏ, đồng thời đảm bảo ổn định và chính xác cao hơn.

Tiêu đề	Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết hợp điều khiển thông minh
Người hướng dẫn	Nguyễn Phan Thanh, Giảng viên
Trường học	Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện Tử
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	3,72 MB